تركيبة كربيد السيليكون

كربيد السيليكون (SiC)، الصيغة الكيميائية SiC، هو مركب بلوري شديد الصلابة (9 على مقياس موس)، وهو مركب بلوري منتج صناعياً يتكون من السيليكون والكربون. يظهر عادةً باللون الأسود المائل للزرقة مع تأثير قزحي.

يتم إنتاج كربيد السيليكا صناعيًا عن طريق خلط السيليكا مع الكربون تحت ظروف أفران كهربائية عالية الحرارة، كما يوجد كربيد السيليكا بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت بكميات صغيرة جدًا.

الخصائص الفيزيائية

كربيد السيليكون (اختصاراً SiC) هو مركب بلوري شديد الصلابة يتم إنتاجه صناعياً من السيليكون والكربون ويشتهر بمتانته ونقطة انصهاره العالية. منذ أواخر القرن التاسع عشر، استُخدم كربيد السيليكون كمادة كاشطة في صناعة ورق الصنفرة وعجلات الطحن وأدوات القطع؛ ومؤخراً أصبح يُستخدم على نطاق واسع في إنتاج السيراميك الصلب، والبطانات الحرارية الصلبة للأفران الصناعية، والطوب عالي الحرارة للبيئات ذات درجات الحرارة العالية، والأجزاء المقاومة للتآكل في المضخات ومحركات الصواريخ، وكذلك الركائز شبه الموصلة المستخدمة في تصنيع الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED).

يأخذ شكله الصلب شكل بلورة قزحية صفراء إلى خضراء إلى سوداء مزرقة ذات درجة حرارة تسامي تبلغ 2700 درجة مئوية وغير قابلة للذوبان في معظم السوائل، بما في ذلك الماء ومعظم الأحماض/القلويات/الأملاح المنصهرة. وعلاوة على ذلك، فإن مقاومته للصدمات الحرارية منخفضة للغاية بينما تظل معدلات التمدد الحراري ضئيلة للغاية.

يُعد كربيد السيليكون مادة مثالية لتصنيع الألواح الحرارية للمبادلات الحرارية المستخدمة في معالجة المحاليل الكيميائية الساخنة، مثل حمض الكبريتيك عالي التركيز أو محلول هيدروكسيد الصوديوم، نظرًا لتوصيلها الحراري الممتاز وقدرتها على تحمل درجات الحرارة القصوى أثناء هذه العمليات. وعلاوة على ذلك، يوفر كربيد السيليكون نقلًا سريعًا للحرارة بسبب توصيله السريع للحرارة.

الخواص الكيميائية

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة بلورية اصطناعية اصطناعية ذات استخدامات عديدة. وهي تتميز بدرجة انصهار عالية وكثافة وبنية بلورية رباعية السطوح ذات ألوان تتراوح بين الأصفر والأخضر إلى بلورات قزحية سوداء مزرقة.

يُعد الماس مادة كاشطة شائعة الاستخدام في عمليات الطحن والتشغيل الآلي الصناعي، كما يُستخدم على نطاق واسع في البطانات الحرارية وإنتاج السيراميك والإلكترونيات شبه الموصلة.

يمكن العثور على جواهر المويسانيت بشكل طبيعي في بعض النيازك ورواسب الكوراندوم، بينما يتم إنتاج معظم سيكلوريد الفينيل كمنتج صناعي. وغالباً ما يتم العثور على Alpha SiC باعتباره متعدد الأشكال الأكثر انتشاراً، ويتميز ببنية بلورية سداسية الشكل (على غرار Wurtzite). ونادراً ما كان يتم استخدام تعديل بيتا ذو التركيب البلوري المزيج الزنك في السابق تجارياً حتى وقت قريب عندما جعلته بنية الزنك المزيج الزنك مناسباً كمادة داعمة للمحفزات غير المتجانسة نظراً لوجود مساحة سطح أعلى من الشكل ألفا.

الخواص الميكانيكية

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة خزفية شديدة الصلابة ومقاومة للحرارة مع قوة استثنائية ومقاومة للتآكل، وقادرة على تحمل درجات حرارة عالية جدًا دون أن تتحلل. وعلاوة على ذلك، تُظهر كربيد السيليكون (SiC) موصلية حرارية ممتازة وتمدد حراري محدود وتظل مقاومة لمعظم الأحماض أو القلويات وكذلك الأملاح المنصهرة.

SiC هو شبه موصل ذو فجوة نطاق عريض؛ وهذا يعني أنه يتطلب طاقة أكبر لتحويل الإلكترونات إلى نطاق التوصيل مقارنةً بالسيليكون، مما يسمح بترددات تبديل أعلى وتحويل طاقة أكثر كفاءة. يمكن تخدير SiC بالنيتروجين أو الفوسفور للحصول على خصائص من النوع n، وبالبورون أو الغاليوم أو الألومنيوم للحصول على قدرات من النوع p.

وتتنوع طرق الإنتاج، من المساحيق الخشنة والدقيقة الحبيبات أو العجينة أو الهلام الصلب، والقولبة بالبثق إلى أشكال صلبة عن طريق البثق والضغط المتساوي الضغط على البارد، مروراً بنمو البلورات المفردة على طريقة ليلي لقطع الأحجار الكريمة المعروفة باسم أحجار المويسانيت الاصطناعية، ولكن معظم المواد المنتجة تستخدم صناعياً.

الخواص الحرارية

يمكن لكربيد السيليكون أن يتحمل درجات الحرارة العالية والتآكل مع بقائه خاملًا كيميائيًا؛ وهذا يسمح له بتحمل الأحماض والقلويات والأملاح دون تأثير سلبي.

وصف المادة: كربيد السيليكون هو عازل ولكن يمكن تعديله لإظهار أشباه الموصلية عن طريق التطعيم المتحكم فيه، مما يوفر خصائص فجوة نطاق واسعة مثالية لتطبيقات أشباه الموصلات.

يبدأ إنتاج كربيد السيليكون الصناعي عن طريق تسخين رمل الكوارتز السيليكا النقي (SiO2) وفحم الكوك البترولي المطحون إلى درجة حرارة عالية للغاية باستخدام أفران المقاومة الكهربائية، مما يؤدي إلى نوعين من الكربيد متعدد الأنواع - ألفا وبيتا. ويُعد A-SiC الأكثر شيوعًا من النوعين مع هياكل بلورية سداسية الشكل تشبه الورتزيت؛ بينما يتميز B-SiC بهياكل بلورية من الزنك بللورية تشبه الماس.

لكلا الشكلين استخدامات عديدة؛ حيث يمكن العثور على هذه المواد في عمليات الطحن والشحذ والسفع الرملي وكذلك طلاء الأدوات مثل المثاقب لعمليات القطع. وعلاوة على ذلك، يوجد كلا الشكلين بشكل شائع في السلع الرياضية الحديثة مثل ألواح التزلج وشريط التماسك، ويستخدمان كمواد حرارية للأفران وكذلك المكونات الخزفية للتوربينات الغازية.