Aplikace karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) má neobvyklou krystalovou strukturu. Obsahuje čtyři atomy Si a čtyři atomy C v uspořádaném koordinačním tetraedrickém uspořádání s vrstvami poskládanými do polytypů tvořících jeho primární koordinační tetraedr.

Z elektrického hlediska má karbid křemíku schopnost odolávat pětkrát až desetkrát vyššímu napětí než křemík. To z něj činí vynikající materiál pro výkonová zařízení.

Elektronika

Karbid křemíku odolává vysokým teplotám a napětím, které jsou nezbytné pro provoz moderní elektroniky, a v porovnání s křemíkem je také účinným polovodičovým materiálem. Tato účinnost pomáhá snižovat velikost a náklady na zařízení napájená z baterií.

Karbid křemíku se od křemíku odlišuje mnohem užší energetickou mezerou mezi valenčním a vodivostním pásem, což umožňuje elektronům snadnější průchod mezi těmito pásy ve srovnání s křemíkem, a tím i téměř desetkrát větší elektrický proud, než jaký mohou přijímat srovnatelná zařízení vyrobená z křemíku.

Inženýři mohou vyrábět kubický karbid křemíku spékáním prášku SiC v kombinaci s neoxidovými pojivy. Kromě toho lze krystaly SiC pěstovat také chemickou depozicí z plynné fáze. Při této technice se do vakuové komory přivádí speciální směs plynů, která se pak nanáší na substráty.

Fyzikální vlastnosti karbidu křemíku, mezi něž patří tvrdý a odolný povrch a odolnost vůči kyselinám, z něj činí vynikající brusný materiál pro průmyslové obrábění, jako je lapidárium. Karborundovou drť lze také nalézt v kolážové grafice, kde se nanáší přímo na hliníkovou desku, natírá se inkoustem a poté se pro účely tisku přitiskne na papír.

Neprůstřelné brnění

Keramika z karbidu křemíku je výbornou volbou pro neprůstřelnou vestu, protože dokáže absorbovat energii střely a zpomalit ji, čímž snižuje riziko zranění nebo smrti. Jejich lehkost poskytuje nositelům větší pohyblivost a pohodlí, zatímco jejich vysoká tvrdost umožňuje odolávat hrozbám, jako jsou kulky a pancéřové střely, stejně jako střepinám o vysoké rychlosti.

Zbroj z karbidu křemíku je k dispozici vojenskému personálu i policistům na ochranu před střelnými a ostrými zbraněmi. Než se zbroj z karbidu křemíku začne prodávat koncovým uživatelům nebo výrobcům, musí projít přísnými testovacími postupy, které ověřují, zda splňuje mezinárodní normy.

Karbid křemíku má oproti svým kovovým protějškům několik klíčových výhod, včetně vynikající tepelné odolnosti, která jej chrání před deformací při nárazu, a vysoké tvrdosti a pevnosti v tahu materiálu karbidu křemíku, díky nimž zůstává jeho plát neporušený i při zásahu kulkou, a nedochází tak k jeho zlomení nebo přetržení.

Cookův patent podrobně popisuje všechny klasické principy keramického kompozitního pancíře, od použití více dlaždic oxidu hlinitého jako mozaiky pro maximalizaci schopnosti zasáhnout více osob až po pevnou podložku a koncept konoidu lomu. Zatímco většina keramiky je snadno zničitelná tvarovanými náložemi, tato konkrétní konstrukce desek z karbidu křemíku podložených oxidem hlinitým byla schopna odolat veškeré síle při testech s tvarovanými náložemi; díky tomu je vhodná jak pro policejní vozidla, tak pro civilní speciální vozidla.

Dodávky energie

Křemíkové (Si) polovodiče dobře fungují v elektronice s nízkou spotřebou, ale jejich omezení se projevují při provozu zařízení při vyšších teplotách, napětích a frekvencích. Karbid křemíku (SiC) nabízí v takových obvodech lepší výkon než Si díky většímu energetickému pásu, který odolává vyšším teplotám, a lepším vlastnostem tepelného managementu.

Technologie karbidu křemíku také umožňuje, aby elektronické součástky byly menší a pracovaly rychleji díky své vynikající odolnosti vůči kolísání elektrického napětí, která je desetkrát vyšší než u tradičního křemíku a nitridu galia v systémech přesahujících 1000 V. Napájecí zařízení z karbidu křemíku jsou proto ideální pro elektromobily, solární střídače a další systémy využívající obnovitelné zdroje energie.

Karborundum (Ceram) je krystalická forma karbidu křemíku. Ceram se vyrábí od roku 1893 jako brusivo, hraje také nedílnou roli v keramických deskách neprůstřelných vest a je jedním z nejtvrdších materiálů hned po diamantu. Obrábění tohoto materiálu s přesnými tolerancemi vyžaduje vysokou úroveň dovedností, protože lze využít různé techniky broušení a lapování; jakmile hotové výrobky projdou důkladnou kontrolou, která zajistí jejich mechanické vlastnosti a bezpečnostní normy.

Mechanické aplikace

Karbid křemíku je již dlouho považován za neocenitelné průmyslové brusivo díky své extrémní tvrdosti a houževnatosti, což jej činí užitečným při broušení nebo řezání materiálů s nízkou pevností v tahu, včetně skla, keramiky, kamene a žáruvzdorných materiálů. Díky své odolnosti v extrémních podmínkách se osvědčil jako oblíbený materiál brusných kotoučů; navíc je díky své trvanlivosti nedílnou součástí moderního lapidárního vybavení pro řezání a leštění drahých kamenů, včetně moissanitu.

PEEK je chemicky inertní a vysoce odolný vůči korozi při vysokých teplotách. Jeho velmi vysoký modul pružnosti navíc zajišťuje vynikající rozměrovou stabilitu; díky vysoké pevnosti v tlaku, nízké pórovitosti a nulové hustotě pórů je ideálním materiálem pro mechanická těsnění a ložiska; je obzvláště užitečný v systémech čerpadel a pohonů, které se musí potýkat s agresivními médii.

Karbid křemíku lze využít v celé řadě polovodičových zařízení. Díky své krystalické struktuře a neobvyklým elektrickým vlastnostem se karbid křemíku odlišuje od svých konkurentů tím, že v závislosti na teplotě a aplikaci funguje jak jako polovodič typu P, tak jako polovodič typu N - což je výhodná vlastnost, díky níž je tento materiál ideální pro aplikace včetně žáruvzdorných vyzdívek, elektrických pecí, keramiky a dalších.