Definice karbidu křemíku

Karbid křemíku, častěji označovaný zkratkou SiC, je brusný materiál složený z křemíku a uhlíku, který se průmyslově vyrábí od konce 19. století a používá se jako brusivo. Kromě toho se přírodní ložiska SiC nacházejí v minerálních formacích moissanitu.

Keramické glazury obsahují prášek této látky, který po přidání do keramické pece vytváří bublinky skla, které dodávají vizuální a texturní přitažlivost.

Abrazivní

Karbid křemíku je extrémně tvrdá látka, která se používá jako tryskací prostředek při broušení materiálů a jejíž hodnota se na Mohsově stupnici blíží diamantu. Kromě toho je tento keramický materiál součástí brusných kotoučů a řezných nástrojů a nachází se také ve výrobcích, jako jsou smirkové plátno, brusný papír a podrážky bot, žáruvzdorné cihly pro pece v neželezné metalurgii a keramickém průmyslu jako žáruvzdorné cihly v pecích v neželezné metalurgii jako žáruvzdorné cihly žáruvzdorné cihly na pecích v neželezné metalurgii nebo ve vysokoteplotních aplikacích, jako jsou keramické desky v neprůstřelných vestách.

Brusné vlastnosti karbidu křemíku vyplývají z jeho vrstevnaté krystalové struktury. Každý atom uhlíku se váže se čtyřmi atomy křemíku v oktaedrické konfiguraci, což zajišťuje silné vazebné vlastnosti - tento materiál je tak jednou z mála syntetických látek s takovými vlastnostmi, které působivě vypovídají o výkonnosti průmyslových aplikací.

Zrcadla z karbidu křemíku jsou díky své tuhosti, nízké tepelné roztažnosti a pevnostním vlastnostem ideálním materiálem pro použití v astronomických dalekohledech. Herschelův vesmírný dalekohled i vesmírný dalekohled Gaia používají k odrazu světla zrcadla z karbidu křemíku. Chemická depozice z plynné fáze poskytuje účinný prostředek pro vytváření těchto materiálů, protože křemík a uhlík rostou společně do polykrystalických vrstev na skleněných substrátech.

Polovodiče

Polovodiče z karbidu křemíku dosáhly významného pokroku v automobilovém průmyslu díky své schopnosti zpracovávat vysoké napětí. Tento úspěch lze přičíst jeho širokému pásmovému úseku, který umožňuje elektronům snadnější průchod než u standardních křemíkových polovodičů.

Karbid křemíku je díky svým jedinečným vlastnostem vhodný pro různé elektrické aplikace, včetně výroby energie. Karbid křemíku si proto získává stále větší oblibu v aplikacích pro elektrická vozidla, kde vytváří účinnější a výkonnější výkonovou elektroniku, která odolává vyššímu napětí než její křemíkové ekvivalenty.

Karbid křemíku se v přírodě nevyskytuje (kromě vzácného minerálu zvaného moissanit), přesto se již více než 100 let masově vyrábí ve formě prášku a nyní se používá například v brusných kotoučích, brusivech a neprůstřelných vestách. Mezi jeho vynikající vlastnosti patří vysoká tvrdost (9 stupňů Mohsovy stupnice), chemická inertnost, tepelná vodivost a odolnost proti otěru - vlastnosti, díky nimž je karbid křemíku široce vyhledáván výrobci těchto aplikací.

Karbid křemíku tvoří dva primární koordinační tetraedry složené ze čtyř atomů křemíku a čtyř atomů uhlíku kovalentně vázaných kovalentními vazbami, tzv. koordinační tetraedry. Změnou uspořádání atomů lze vytvořit různé polytypy krystalických struktur. Přidáním příměsí, jako jsou trojmocné nebo pětimocné látky, mohou inženýři změnit elektrické vlastnosti, aby vyhovovaly různým aplikacím - mezi oblíbené dopanty patří bór, fosfor a arsen jako dopanty pro karbid křemíku.

Odolnost vůči teplu

Tvrdá a odolná povaha karbidu křemíku mu umožňuje odolávat jak vysokým teplotám, tak opotřebení, což z něj činí klíčový materiál pro vyzdívky průmyslových pecí, součásti raketových motorů, nástroje odolné proti opotřebení, jako jsou brusné kotouče a čepele nástrojů, keramiku, a dokonce i pro výrobu polovodičů dopovaných dusíkem, fosforem, hliníkem nebo heliem, které se používají v elektronice, například ve světelných diodách (LED).

Karbid křemíku se v přírodě vyskytuje jako minerál moissanit. Poprvé byl objeven v roce 1893 v meteoritickém kráteru Canyon Diablo v Arizoně a svou strukturou se podobá diamantům - ve skutečnosti se šperky z moissanitu dlouho prodávaly jako jejich alternativa.

Karbid křemíku je díky svým brusným vlastnostem již dlouho známý pro své použití v uměleckých řemeslech. Používá se k broušení dřeva, kovů a kamenů do hladkých povrchů pro malování nebo lakování; kromě toho je nedílnou součástí moderního lapidária, kde se používá v mnoha technikách od leptání skla až po řezbářství.

Společnost Elkem SiC nabízí karbid křemíku StarCeram S, průmyslovou keramiku, kterou lze tvarovat do různých tvarů a velikostí pro specifické aplikace, s jemnou povrchovou úpravou pro účely leštění. Náš závod v belgickém Liege disponuje moderním zařízením, které je schopno vyrábět produkty SiC podle přesných specifikací.

Elektrický vodič

Karbid křemíku (SiC), běžně označovaný jako karborundum, se přirozeně vyskytuje jako minerál moissanit a od roku 1893 se hromadně vyrábí jako prášek pro brusné aplikace, jako jsou brusné kotouče. Od roku 1893 se také hromadně spéká za vzniku velmi tvrdé keramiky, která se používá v aplikacích vyžadujících vysokou odolnost, jako jsou automobilové brzdy, spojky a neprůstřelné vesty keramické desky osazené deskami SiC osazenými křemíkem se širokou pásmovou mezerou v těchto kapacitách. Díky širokému pásmovému rozpětí je SiC v těchto ohledech lepší než křemík.

Pásmová propast označuje množství energie potřebné k přechodu elektronů mezi valenčními a vodivostními pásy v atomu, díky čemuž se elektrony pohybují rychleji a efektivněji, což jsou základní vlastnosti polovodičových zařízení pracujících při vysokých rychlostech a/nebo napětích. Širší pásová mezera umožňuje elektronům rychlejší pohyb mezi těmito pásy.

SiC má ve srovnání s tradičním polovodičovým křemíkem rozšířený pásový rozdíl, což z něj činí ideální materiál pro výkonovou elektroniku, například pro trakční měniče v elektromobilech. Vynikající tepelná vodivost SiC oproti křemíku tuto výhodu dále zvyšuje a umožňuje efektivnější provoz výkonové elektroniky bez nutnosti aktivních chladicích systémů, které zvyšují hmotnost a náklady elektromobilů.