Definice karbidu křemíku

Karbid křemíku (SiC) je krystalická sloučenina křemíku a uhlíku, která se běžně používá jako brusný materiál, polovodičový materiál a pro své tepelné a mechanické vlastnosti. SiC je také vynikající vysokonapěťový materiál, který pomáhá snižovat velikost i hmotnost, pokud jde o systémy výkonové elektroniky elektrických vozidel.

Syntetický moissanit se může vyskytovat i v přírodě v podobě vzácného minerálu moissanitu. Jedná se o tvrdý a odolný materiál s Mohsovým stupněm tvrdosti 8-9, který se blíží tvrdosti diamantu.

Je to krystalický materiál

Karbid křemíku (SiC) je neoxidový keramický materiál, který se díky své tvrdosti široce používá v součástkách odolných proti opotřebení, v žáruvzdorných materiálech a keramice díky tepelné odolnosti, v elektronických zařízeních díky lepšímu výkonu než křemík v prostředí s vysokým napětím a také ve výkonové elektronice, která pracuje při vyšších napětích a rychlostech. Vzhledem k tomu, že má širší pásovou mezeru než jeho křemíkové protějšky, lze SiC najít také jako polovodičový materiál v aplikacích výkonové elektroniky.

SiC je extrémně tvrdý materiál se silnými kovalentními vazbami mezi atomy uhlíku a křemíku, které mu dodávají neuvěřitelnou pevnost, druhou nejsilnější po karbidu boru a diamantu. SiC je chemicky inertní a odolný vůči korozi i při zahřívání v roztocích kyseliny chlorovodíkové nebo sírové a vykazuje také výjimečnou tepelnou vodivost, která mu umožňuje udržovat okolní teplotu pro účely dlouhodobého skladování.

SiC lze vyrobit buď reakcí atomů Si s uhlíkem v reaktoru fyzikální depozice z par, nebo spékáním čistého prášku běžnými metodami tváření keramiky. Volba způsobu tvorby výrazně ovlivňuje jeho konečnou mikrostrukturu - reakčně vázaný (a-SiC) a slinutý (4H-SiC) mají různé fyzikální vlastnosti.

Je abrazivní

Karbid křemíku je tvrdá a tuhá keramická látka, která se používá jako účinné brusivo. Protože je tvrdší a ostřejší než oxid hlinitý, je karbid křemíku ideální volbou pro broušení tvrdých materiálů, jako jsou neželezné kovy a některé druhy dřeva; navíc se dobře osvědčuje při mokrém leštění.

Oxid křemičitý (SiO2) vzniká reakcí a pyrolýzou směsi oxidu křemičitého a uhlíku v elektrické peci. Po vytvoření má tento materiál různé odstíny od černé po zelenou a může být dokonce dopován dusíkem nebo bórem, čímž se jeho chování změní na polovodič.

Materiál karbidu křemíku lze díky jeho odolnosti a dalším vlastnostem využít v různých průmyslových odvětvích, zejména v aplikacích, které vyžadují vysokou odolnost, jako jsou keramické desky neprůstřelných vest. Kromě toho se karbid křemíku může pochlubit vysokou tepelnou a chemickou odolností a také nízkou tepelnou roztažností ve srovnání s podobnými brusnými materiály, jako je karbid wolframu nebo diamant.

Jedná se o polovodič

Karbid křemíku je výjimečně tvrdý materiál, jehož tvrdost na Mohsově stupnici dosahuje devíti stupňů, což ho řadí mezi oxid hlinitý s tvrdostí devět a diamant s tvrdostí deset. Kromě toho se karbid křemíku vyznačuje vysokou tepelnou vodivostí, nízkou teplotní roztažností a velkou odolností vůči teplotním šokům - tyto vlastnosti jej předurčují k použití v oblasti výkonové elektroniky, jako jsou například měniče používané v trakčních měničích elektrických vozidel - jeho široká pásmová propust umožňuje přenášet elektrickou energii účinněji než tradiční křemíková zařízení.

Karbid křemíku se od moissanitu liší tím, že lze z něj slinováním jeho zrn s různými pojivy za vysokých teplot a tlaku vytvořit keramiku, což od roku 1893 umožňuje jeho masovou výrobu jako brusiva, které se často používá v aplikacích vyžadujících vysokou odolnost, jako jsou automobilové brzdy nebo spojky, světelné diody (LED) a detektory v polovodičových elektronických zařízeních.

SiC se vyskytuje v různých polymorfních formách s odlišnou krystalovou strukturou a fyzikálními vlastnostmi. Elektronické aplikace obvykle upřednostňují polytyp 4H-SiC s hexagonální krystalickou strukturou připomínající wurtzit nebo zinkový blend.

Jedná se o vysokoteplotní materiál

Karbid křemíku (SiC) je neoxidový keramický materiál, který se široce používá pro vysokoteplotní mechanické aplikace a výrobu elektroniky, včetně polovodičů. SiC se může pochlubit extrémně vysokou teplotou tání s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti, je chemicky inertní a díky své pevnosti, tvrdosti a trvanlivosti je užitečný v aplikacích, jako je abrazivní tryskání, které vyžaduje žáruvzdorné materiály s vysokou pevností v tahu, jako jsou stěny kotlových pecí, šachovnicové tlumiče a kluzné lišty pecí.

Karbid křemíku (karborundum) je tvrdý a křehký minerál složený ze čtyřstěnů křemíku a uhlíku. Vyskytuje se pouze ve stopových množstvích v meteoritech a kimberlitových ložiscích, SiC se obvykle vyrábí synteticky pro průmyslové použití. SiC je v čistém stavu obvykle izolant, ale může být dopován, aby vykazoval polovodivé vlastnosti, a to dopováním nečistotami, které umožňují řídit vodivost, polaritu a vodivost, což mu umožňuje fungovat jako zařízení s nosičem elektronů v elektronických obvodech, jako jsou tranzistory s p-n přechodem, Schottkyho bariérové diody a MOSFETy.

Jedná se o vysokonapěťový materiál

Karbid křemíku (SiC) je extrémně odolná neoxidová keramika s mnoha žádoucími vlastnostmi. SiC je mimo jiné ideální pro vysokonapěťové aplikace, včetně napájení elektrických vozidel; jeho pásová mezera je širší než u většiny křemíkových polovodičů, takže je vhodnější pro vyšší napětí.

Karbid křemíku (CNC) je jedním z nejtvrdších materiálů, jaké kdy byly k dispozici, a pro přesné řezy vyžaduje diamantové nože. Jeho tepelná vodivost navíc zvyšuje účinnost a zároveň snižuje velikost akumulátoru ve vozidle.

Moderní výroba karbidu křemíku zahrnuje mletí čistého SiC do formy prášku, jeho smíchání s neoxidovými spékacími přísadami a jeho zhutnění při teplotě a tlaku. V rámci výroby křemíkových destiček lze použít také chemické napařování; to vyžaduje velké množství energie, zařízení a znalostí. Achesonův původní postup zůstává dodnes standardem pro výrobu syntetického karbidu křemíku.

Jedná se o vysoce výkonný materiál

Karbid křemíku je inertní keramika s mnoha výhodnými vlastnostmi, díky nimž je velmi žádaná v průmyslovém prostředí, od automobilových brzd a spojek až po neprůstřelné vesty. Karbid křemíku nabízí vynikající odolnost proti vysokým teplotám, abrazivním podmínkám, nízkou tepelnou roztažnost a je také vysoce odolný proti korozi. Všestrannost karbidu křemíku zaznamenala v historii mnoho průmyslových využití, včetně brzdových destiček a neprůstřelných vest.

Karbid křemíku se vyrábí zahříváním směsi křemičitého písku a uhlíku v cihlové elektrické odporové peci pomocí elektrického proudu. Po výrobě lze vytvořit jasně zelené krystaly, které se podobají diamantu a které lze následně vyčistit a získat tak karbid křemíku v polovodičové kvalitě.

Polovodiče z karbidu křemíku mají větší pásmové mezery než jejich křemíkové protějšky, což umožňuje elektronice pracovat při vyšších napětích a frekvencích bez snížení spolehlivosti - díky této vlastnosti se staly oblíbenou volbou ve vysoce výkonných aplikacích, jako je výkonová elektronika pro elektrická vozidla a přístroje na roverech a vesmírných sondách.