Структура на силициев карбид

Силициевият карбид е един от най-здравите съвременни керамични материали. Благодарение на своята изключителна здравина, твърдост, ниско термично разширение и устойчивост на корозия силициевият карбид е отличен избор на материал за автомобилни спирачки и съединители, както и за бронежилетки.

Силициевият карбид е един от най-твърдите материали, отстъпващ само на боровия карбид и диаманта. Той често се избира като опция за използване в огнеупорни отливки и абразиви.

Твърдост

Силициевият карбид е едно от най-твърдите вещества, познати в момента, като по отношение на твърдостта си съперничи на твърди материали като диамант и боров карбид. Поради тази причина силициевият карбид се използва широко в производството на оръжия и бронирани плочи.

Високата якост и устойчивостта на пълзене правят огнеупорната керамика подходящ материал за облицовки на промишлени пещи и нагревателни елементи, части за помпи, компоненти за ракетни двигатели и керамични субстрати за светодиоди.

Съединението е обикновено твърдо и крехко в първоначалното си състояние, но може да бъде значително модифицирано с добавяне на алуминий или бор. Освен това то остава неразтворимо във вода, алкохол и много органични киселини, основи или соли.

Твърдостта на силициевия карбид може да бъде измерена по различни методи, включително тестовете на Рокуел и Бринел. При тези измервания се проследява дълбочината на вдлъбнатините, причинени от твърди предмети като стоманени топчета или диамантени сфери, за да се установи твърдостта му.

Топлопроводимост

Силициевият карбид е изключително твърд и твърд материал, устойчив на високи температури, който има и нисък коефициент на термично разширение - качества, които го правят желан материал за огледала за астрономически телескопи. Силициевият карбид може да бъде отгледан в големи дискове с диаметър до 3,5 метра чрез методи на химическо отлагане от пари; космическите телескопи Herschel и Gaia използват огледала от силициев карбид.

Топлопроводимостта измерва способността на материалите да пренасят топлина през тях при определени температури, измерена във ватове на метър-келвин. Това свойство може да бъде променено чрез промяна на техния състав, структура и състояние. Обратно, топлинното съпротивление или топлинната изолация измерва колко добре материалите задържат или запазват топлината.

Карборундът се произвежда чрез смесване на силициев пясък с въглерод в електродъгова пещ при високи температури - обикновено между 1600 и 2500 градуса по Целзий - като обикновено се получава черен, сив или кафяв прах, известен като карборунд, когато не е чист силиций.

Устойчивост на корозия

Силициевият карбид (SiC) е естествен, твърд и остър материал, известен със своята устойчивост на топлина и химическо въздействие. Когато кристализира, той образува плътно подредени ковалентни връзки между четири силициеви и четири въглеродни атома, които водят до силна, силно тетраедрична координация между четирите въглеродни атома, в резултат на което се постига изключителна здравина, устойчивост срещу обичайните киселини, соли и основи, както и изключителен електрически проводник.

Корозията на силициевия карбид може да се прояви чрез няколко механизма, като например водни реакции, хидратация или хидротермално окисление; химическата корозия е най-честата форма и обикновено се проявява при по-ниски температури.

Силициевият карбид се създава чрез топене и раздробяване на естествен или синтетичен кварцов пясък или кокс в пещ с електрическо съпротивление, след което се сортира, смила и обработва за различни приложения. Днес той се произвежда за огнеупорни материали, металургията и електронната промишленост. Например: огнеупорните материали се използват за създаване на рафтове и облицовки на пещи, използвани при изпичане, топене, леене на керамика; докато в електрониката се използват за производство на силови транзистори, които работят съответно при много високи температури и напрежения.

Електрическа проводимост

Силициевият карбид се отличава с отлична електропроводимост поради големия брой свободни електрони, които се намират в неговия материал. Когато са подложени на електрическо поле, тези електрони преминават с невероятна скорост през него, създавайки ток. С увеличаване на електропроводимостта му се генерира по-голям ток за всяко дадено поле.

SiC е идеален избор на материал за приложения в областта на електрозахранването поради способността му да издържа на високи токове, температури и честоти, като същевременно се отличава с по-широка полупроводникова лента, която му позволява да работи при много по-високи напрежения от по-популярния си братовчед силиция.

Чистият силициев карбид е безцветен кристал с кубична кристална структура и може да бъде допълнително пречистен чрез добавяне на различни количества примеси като азот или алуминий - тези примеси му позволяват да придобие свойствата на изолатор и полупроводник в зависимост от начина, по който са въведени в химическия му състав.