Формула за силициев карбид

Силициевият карбид (SiC), с химична формула SiC, е изключително твърдо (9 по скалата на Моос) кристално съединение, произведено по синтетичен път, състоящо се от силиций и въглерод. Обикновено има синьо-черно оцветяване с иридисентен ефект.

Произвеждан промишлено чрез смесване на силициев диоксид с въглерод в електрическа пещ при висока температура, карбидът на силициев диоксид се среща и в природата като минералът моисанит в много малки количества.

Физични свойства

Силициевият карбид (съкратено SiC) е изключително твърдо, синтетично произведено кристално съединение на силиций и въглерод, известно със своята издръжливост и висока точка на топене. От края на 19-ти век SiC се използва като абразивен материал при производството на шкурка, шлифовъчни дискове и режещи инструменти; а напоследък се използва широко и за производството на твърда керамика, твърди огнеупорни облицовки за промишлени пещи, високотемпературни тухли за среди с висока температура, износоустойчиви части в помпи и ракетни двигатели, както и полупроводникови субстрати, използвани за производството на светодиоди (LED).

В твърдо състояние той има вид на кристал с преливащи се цветове от жълто през зелено до синкаво-черно, с температура на сублимация 2700 °C и е неразтворим в повечето течности, включително вода и повечето киселини, алкали и разтопени соли. Освен това неговата устойчивост на термичен шок е много ниска, докато коефициентите на термично разширение остават минимални.

Карбидът на силиция е идеален материал за производството на огнеупорни плочи за топлообменници, използвани за обработка на горещи химически разтвори, като например висококонцентрирана сярна киселина или разтвор на натриев хидроксид, благодарение на отличната си топлопроводимост и способността му да издържа на екстремни температури по време на тези процеси. Освен това силициевият карбид осигурява бърз топлообмен благодарение на бързото си топлопровеждане.

Химични свойства

Силициевият карбид (SiC) е изкуствен, синтетичен кристален материал с многобройни приложения. Той се характеризира с висока точка на топене, плътност и тетраедрична кристална структура, като цветовете варират от жълто-зелени нюанси до синкаво-черни иридисни кристали.

Диамантът, който е твърд и устойчив на химически въздействия при екстремни температури и условия, е популярен абразивен материал, използван за промишлено шлифоване и механична обработка, както и широко прилаган в огнеупорни облицовки и производството на керамика и полупроводникова електроника.

Скъпоценните камъни от типа „моисанит“ се срещат в естествен вид в някои метеорити и находища на корунд, докато по-голямата част от SiC се произвежда като промишлен продукт. Алфа-SiC е най-често срещаният му полиморф, характеризиращ се с шестоъгълна кристална структура (подобна на тази на вурцита). Бета-модификацията с кристална структура на цинковата бленда доскоро рядко се използваше в промишлеността, но напоследък, благодарение на по-голямата си повърхност в сравнение с алфа-формата, тя се оказа подходяща като носещ материал за хетерогенни катализатори.

Механични свойства

Силициевият карбид (SiC) е изключително твърд, огнеупорен керамичен материал с изключителна якост и устойчивост на корозия, способен да издържа на много високи температури, без да се разгражда. Освен това SiC притежава отлична топлопроводимост и ограничено топлинно разширение и остава устойчив на повечето киселини и луги, както и на разтопени соли.

SiC е полупроводник с широка енергийна празнина; това означава, че за преминаването на електроните в неговата проводителна зона е необходима повече енергия, отколкото при силиция, което позволява по-високи честоти на превключване и по-ефективно преобразуване на енергията. SiC може да бъде легиран с азот или фосфор, за да придобие характеристики от n-тип, и с бор, галий или алуминий, за да придобие характеристики от p-тип.

Методите на производство са разнообразни – от грубо- и финозърнести прахове, паста или твърд гел, формоване чрез екструзия в твърди форми и студено изостатично пресоване, до отглеждане по метода на Лели на монокристали за ограняване на скъпоценни камъни, известни като синтетични моисанитови скъпоценни камъни, но по-голямата част от произведения материал се използва в промишлеността.

Топлинни свойства

Карбидът на силиция издържа на високи температури и корозия, като същевременно остава химически инертен; това му позволява да издържа на въздействието на киселини, алкали и соли, без да се повреди.

Описание на материала: Силициевият карбид е изолатор, но чрез контролирано легиране може да бъде модифициран така, че да прояви полупроводникови свойства, като предлага характеристики с широка енергийна празнина, идеални за приложения в областта на полупроводниците.

Промишленото производство на силициев карбид започва с нагряване на чист кварцов пясък (SiO₂) и смлян нефтококс до изключително висока температура с помощта на електрически съпротивителни пещи, в резултат на което се получават два политипа – алфа и бета. A-SiC е по-разпространеният от двата, с шестоъгълна кристална структура, подобна на тази на вурцита; докато b-SiC се характеризира с кристална структура от типа на цинковата бленда, подобна на тази на диаманта.

И двете форми имат многобройни приложения; тези вещества се използват в процесите на шлифоване, хонинговане и пясъкоструене, както и в инструменти за нанасяне на покрития, като например свредла за рязане. Освен това и двете форми често се срещат в съвременни спортни артикули, като скейтбордове и антиплъзгаща лента, и се използват като огнеупорни материали за пещи, както и за керамични компоненти на газови турбини.