مركب كربيد السيليكون الكربوني

كربيد السيليكون، الذي يشار إليه بشكل أكثر شيوعًا باسم الكاربوروندوم، هو مركب بلوري اصطناعي شديد الصلابة يتكون من السيليكون والكربون ويتميز بتوصيلية حرارية عالية ومعامل تمدد منخفض ومقاومة للتفاعل الكيميائي وقدرات شبه موصلة.

يوجد المويسانايت، وهو نظيره الطبيعي، كمعدن ولكن لا يمكن العثور عليه إلا بكميات محدودة للغاية في النيازك ورواسب الكمبرلايت؛ وبالتالي يتم تصنيعه بشكل حصري تقريبًا بشكل صناعي.

الصلابة

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب صلب من السيليكون والكربون، ويوجد بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت في فوهة نيزك كانيون ديابلو في أريزونا. بدأ إدوارد أتشيسون إنتاج كربيد السيليكون على نطاق واسع في عام 1893 لاستخدامه كمادة كاشطة صناعية، ومنذ ذلك الحين انتشر استخدامه كأساس لتطبيقات السيراميك طويلة الأمد مثل مكابح/مقابض/سدادات السيارات.

وتضعه قياسات الصلابة على مقياس موس من بين أقسى المواد التي عرفها الإنسان، مما يجعله من أقوى المواد الموجودة. وعلاوة على ذلك، فإن صلابته العالية جداً (9 على مقياس موس) تجعله متيناً بما يكفي لتحمل الصدمات والتآكل، فضلاً عن مقاومته للتآكل، كما أنه يتميز بمعدلات توصيل حراري وتمدد منخفضة مقارنةً بالمواد المماثلة. وعلاوة على ذلك، يسمح التطعيم بالبورون أو النيوبيوم أو الألومنيوم بأن يصبح مادة شبه موصلة من النوع p.

يحتوي كربيد السيليكون على بنية متقاربة تتكون من ذرات كربون وسيليكون مرتبطة تساهمياً مع بعضها البعض في روابط رباعية الذرات عبر روابط رباعية الأوجه مما يجعلها مادة صلبة غير قابلة للذوبان في الماء والكحول ومعظم المركبات العضوية ولكنها قابلة للذوبان في القلويات المنصهرة والحديد. ويتميز SiC بخصائصه الكهربائية الرائعة؛ حيث تتراوح مقاومته بين سبع مراتب من حيث الحجم بسبب تعدد الأنواع الموجودة في تركيبته الكيميائية.

المتانة

كربيد السيليكون متين للغاية ويمكنه تحمل مستويات عالية من الضغط. وعلاوة على ذلك، فإن درجة انصهاره تتجاوز 2,000 درجة مئوية ومعامل التمدد الحراري المنخفض يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

كان إدوارد جودريتش أتشيسون رائداً في إنتاجه التجاري في عام 1891. واستخدم أتشيسون الكربون المستخرج من الفحم كقطب كهربائي وسخّن خليطًا من الطين ومسحوق فحم الكوك في وعاء حديدي؛ فتكونت بلورات خضراء لامعة شديدة الصلابة تشبه الماس؛ وكان هذا المركب يُعرف في الأصل باسم الكاربوروندوم ولكنه يُعرف اليوم باسم SiC.

يُعد البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) مادة مذهلة وواحدة من أصلب المواد التي عرفها الإنسان، ولا ينافسها سوى الماس ونتريد البورون المكعب وكربيد البورون. مع تصنيف صلابة موس 9، تُستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المجالات: يمكن العثور عليها كمادة كاشطة مثل ورق الصنفرة وعجلات الطحن، وفي الأفران الصناعية كمادة حرارية للأفران، وكأدوات قطع لطاولات القطع، وحتى في مكابح/مفاتيح السيارات!

ويسمح الخمول الكيميائي للسيراميك بمقاومة التآكل من مختلف المواد الكيميائية، ويحافظ على قوته على نطاق واسع من درجات الحرارة. ويُعدّ السيراميك أيضًا جزءًا لا يتجزأ من أنظمة الدروع المركبة الفعالة ضد التهديدات الباليستية الحالية والناشئة، بما في ذلك سيراميك الأداء والحراريات من سان غوبان سيراميك الأداء والحراريات من سان غوبان سيراميك سيليكون عالي الأداء وخفيف الوزن مثل سيراميك سيليكون المرتبط بالتفاعل (RBSC) وسيليكون سيليكون الملبد والكاربروندوم لهذا الاستخدام.

التوصيل الحراري

وعادةً ما يكون كربيد السيليكون عازلًا في أنقى صوره، ولكن مع إضافة الشوائب أو المنشطات يمكن أن يُظهر خصائص شبه موصلة. وعلاوة على ذلك، تتمتع هذه المادة بخصائص متانة متميزة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية؛ بالإضافة إلى أنها تتميز بخصائص مقاومة التلف الإشعاعي والنيوتروني المنخفضة.

وتعتمد الموصلية الحرارية لـ SiC على تركيبها وحجم بلورتها. وكما هو الحال مع معظم المواد الصلبة، تزداد الموصلية الحرارية مع ارتفاع درجة الحرارة. تتمتع SiC أحادية البلورة بتوصيلية حرارية عالية، بينما تميل SiC متعددة البلورات إلى الحصول على قيم أقل بسبب التوزيع العشوائي للحبيبات التي تساهم في تأثيرات التشتت السطحي.

يتوفر كربيد السيليكون في أشكال متعددة الأشكال، حيث يعتبر كربيد السيليكون ألفا (a-SiC) هو الإصدار الأكثر شهرة على نطاق واسع. ويتميز A-SiC بهياكل بلورية سداسية الشكل مشابهة لتلك الموجودة في الورتزايت؛ ويتميز A-SiC المعدل بيتا ب-سيك بهياكل بلورية من الزنك بللوري شبيهة بالماس، ويمكن أن تستخدم الأشكال الأقل شيوعًا كمواد داعمة للمحفزات.

تم جمع صور SEM الحديثة لكل من a-SiC وb-SiC لدراسة كيفية تأثير عملية التركيب على البنية المجهرية والتوصيل الحراري. أظهرت النتائج أن الموصلية الحرارية لكل من a-SiC انخفضت مع زيادة حجم العنق، مما يشير إلى أن التشتت السطحي المنتشر هو السبب. وعلى النقيض من ذلك، ازدادت الموصلية الحرارية ل b-SiC مع زيادة حجم العنق؛ ويتناسب هذا الاتجاه مع تنبؤات نموذج كالاواي-هولاند لاعتماد درجة حرارة التوصيل الحراري للبلورات الصوتية.

التوصيل الكهربائي

يُستخدم كربيد السيليكون، وهو مركب كيميائي صلب يتكون من السيليكا والكربون، على نطاق واسع كمادة كاشطة في صناعة الجواهر والأماكن الصناعية مثل الصقل الرملي وعجلات الطحن والقطع بنفث الماء وتطبيقات السفع الرملي. كما تستخدم البطانات المقاومة للحرارة وعناصر التسخين وفوهات الشعلات في كثير من الأحيان هذه المادة المقاومة للحرارة مع صلابة موس 9 المتينة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، يظل كربيد السيليكون خاملًا كيميائيًا ومقاومًا للتآكل بواسطة أحماض الهيدروكلوريك والكبريت والهيدروفلوريك أيضًا.

من الناحية الكهربائية، عادةً ما يكون SiC عازلًا عندما يكون في حالته النقية؛ ومع ذلك، مع بعض الإضافات أو عوامل التخدير يمكن أن يُظهر خصائص أشباه الموصلات، مثل التوصيل من النوع n من خلال مشاركة أزواج الإلكترونات داخل بنية الرابطة التساهمية رباعية الأوجه من خلال ما يسمى بالمدارات الهجينة sp3.

تتميز بلورات SiC الأحادية ذات الموصلية الجوهرية بحوالي 3.1 +- 0.2 فولت تقريبًا بموصلية أعلى من السيليكون النقي أو نيتريد الغاليوم، مما يشير إلى أنها يمكن أن توفر توصيلًا كهربائيًا محسنًا للتطبيقات الكهربائية.

تُعد منتجات كربيد السيليكون من خنان سوبيريور كشط خيارًا مثاليًا للاستخدام في الأجهزة الإلكترونية نظرًا لمقاومتها الفائقة للجهد - أكبر 10 مرات من مقاومة السيليكون العادي وتتفوق على مقاومة نيتريد الغاليوم! بالإضافة إلى ذلك، تُظهر مجموعتنا المتنوعة من كربيدات السيليكون عالية الجودة خصائص ممتازة في مقاومة الأكسدة والصدمات الحرارية التي تجعل هذه المادة مثالية لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية. من خلال التزامنا برضا العملاء والتميز، يمكنك الاعتماد على الأفضل منا فقط! اتصل بنا الآن لاكتشاف المزيد من المعلومات عن منتجاتنا! اتصل بنا الآن لاكتشاف المزيد!