K čemu se používá karbid křemíku?

Karbid křemíku je úžasná keramika s mnoha užitečnými vlastnostmi, včetně pevnosti, tvrdosti, trvanlivosti, odolnosti proti korozi a elektrické vodivosti.

Edward Acheson poprvé uměle syntetizoval SiC v roce 1891. Ačkoli jeho minerální protějšek, moissanit, existuje v přírodě, většina dnes vyráběného SiC se vyrábí synteticky pod názvem Carborundum.

Vysokoteplotní žáruvzdorné materiály

Karbid křemíku (SiC) je mimořádně užitečný neoxidový keramický materiál s mnohostranným využitím. Často se používá v brusivech díky své tvrdosti a tepelné odolnosti; podobně se používá v žáruvzdorných materiálech a keramice díky nízké tepelné roztažnosti a odolnosti vůči tepelným šokům. Kromě toho lze SiC klasifikovat také jako polovodič, který má elektrické vodivostní vlastnosti na pomezí mezi vlastnostmi kovů a izolantů.

SiC je jednou z nejtvrdších známých syntetických látek, jejíž tvrdost se na Mohsově stupnici blíží tvrdosti diamantu. Používá se především jako abrazivo při obrábění, jako je pískování, broušení a řezání vodním paprskem, a používá se také v karborundové grafice, která spočívá v nanášení pasty na hliníkovou desku a následném ručním nanášení inkoustu, čímž se vytvářejí tištěné značky na papíře.

SiC je schopen odolávat extrémně vysokým teplotám, takže je vhodný pro použití v jaderných reaktorech k ochraně stěn před poškozením radiací, v ocelářských pecích a při výrobě keramiky a žáruvzdorných materiálů.

Moderní metody výroby SiC pro použití v abrazivech, metalurgii a žáruvzdorných aplikacích zahrnují vytvoření směsi čistého křemičitého písku s uhlíkem v koksu v elektrické odporové cihlové peci a průchodem elektrického proudu jejím vodičem se vyvolávají chemické reakce, při nichž vznikají dva polytypy karbidu křemíku - alfa SiC má hexagonální krystalovou strukturu podobnou wurtzitu, zatímco beta SiC má krystalovou strukturu zinkového blendu podobnou diamantu.

Vysoce výkonné inženýrství

SiC (karbid křemíku) je synteticky vyráběná krystalická sloučenina složená z křemíku a uhlíku, která se široce používá jako brusný materiál v brusných nástrojích, řezných nástrojích, brusných papírech a brusných kotoučích. Kromě toho slouží SiC jako nedílná součást vyzdívek průmyslových pecí a také jako součástky odolné proti opotřebení v čerpadlech a raketových motorech díky své vynikající odolnosti proti otěru, chemikáliím, vysokým teplotám a korozi.

Moissanit byl původně objeven v přírodě jako vzácný minerál moissanit v roce 1891 a od té doby byl uměle syntetizován a masově vyráběn jako brusný materiál. Spékáním lze také vyrábět velmi tvrdé keramické materiály, které se používají v brzdových kotoučích a spojkách automobilů, a také neprůstřelné vesty z keramických desek vyrobených z moissanitu. Kromě toho tento materiál tvoří nedílnou součást vyspělých energetických zařízení, která v současné době znamenají revoluci v oblasti výkonové elektroniky.

Karbid křemíku se dodává v různých jakostních třídách v závislosti na specifických vlastnostech vaší aplikace. Mezi běžné možnosti patří zelený karbid křemíku (GSiC), černý karbid křemíku (BSC) a karbid wolframu (WC), ale nejrozšířenější prodávanou třídou je červenohnědý karbid křemíku (RBSC), který se vyrábí smícháním čistého práškového karbidu křemíku s neoxidovými spékacími přísadami pro vytvoření požadovaných tvarů před vypálením v chemicky inertním prostředí pro vypálení při vyšších teplotách bez ztráty pevnosti nebo integrity. Materiál RBSC nabízí zvýšenou mechanickou pevnost oproti GSiC a zároveň je schopen pracovat za vyšších teplotních podmínek bez ztráty pevnosti nebo integrity oproti svému protějšku GSiC, což umožňuje provoz za vysokých teplot bez ztráty pevnosti nebo integrity.

Polovodičová zařízení

Karbid křemíku neboli SiC je jedním z nejtvrdších materiálů na světě - co do tvrdosti je až na druhém místě za diamantem a kubickým nitridem bóru - a je tak vynikající volbou pro aplikace vyžadující vysoce výkonnou keramiku.

Elektrické vlastnosti křemíkových nanodrátků jsou také působivé, jejich průrazná napětí a proudové hodnoty překonávají mnoho běžných polovodičových zařízení. Díky tomu jsou vhodné pro vysoce výkonné aplikace, jako jsou výkonová zařízení a světelné zářiče.

Od roku 1893 se karbid křemíku (SiC) vyrábí ve velkém jako brusný materiál, který se přirozeně nachází v moissanitu. Krátce poté byla zahájena komerční výroba pro použití jako abraziva při obrábění železných kovů, keramiky a dalších obtížně obrobitelných materiálů, jako jsou brzdy a spojky automobilů a destičky pro neprůstřelné vesty.

Dopování umožňuje krystalům karbidu křemíku (SiC) přejít z elektrické izolace na vodivost přimícháním drobných příměsí do základního materiálu - obvykle pomocí donorových atomů, jako je fosfor nebo arsen, s pěti dostupnými elektrony, které se dělí mezi všechny atomy křemíku ve struktuře krystalové mřížky. Po dopování lze krystaly SiC typu N řezat do destiček a vyrábět z nich zařízení polovodičové elektroniky.

Chemické zpracování

Karbid křemíku (SiC), jeden z nejtvrdších materiálů na Zemi, se může pochlubit tvrdostí podle Mohsovy stupnice 9 a z hlediska tvrdosti ho předčí pouze karbid boru a diamant. SiC se díky své tvrdosti běžně používá v abrazivech a součástkách odolných proti opotřebení, dále v žáruvzdorných materiálech a keramice pro svou odolnost vůči vysokým teplotám a tepelné roztažnosti, zatímco v polovodičové elektronice vyžadující vysoké provozní teploty nebo napětí lze využít jeho jedinečných vlastností.

Karbid křemíku se přirozeně vyskytuje jako minerál moissanit; od roku 1893 se však hromadně vyrábí ve formě prášku, který se používá jako brusivo. Kromě toho lze karbid křemíku také spojovat do extrémně tvrdé keramiky, která se používá v aplikacích s přísnými požadavky, jako jsou brzdy a spojky automobilů a desky neprůstřelných vest. Dále lze z tohoto materiálu vyrábět elektronické součástky pracující při vysokých teplotách nebo napětí, jako jsou světelné diody a detektory.

Z chemického hlediska je karbid křemíku (SiC) slitina složená z čistého křemíku a uhlíku, která může být dopována dusíkem, fosforem nebo beryliem a vytvářet polovodiče typu n nebo p pomocí chemické depozice z par (CVD). Desky SiC používané pro výrobu polovodičů se vyrábějí metodou chemického napařování, takže CVD je neocenitelným způsobem výroby desek pro tuto pokročilou výrobní technologii. Navíc díky vysoké kvalitě povrchu, nízkému koeficientu tření a vysokému bodu tání je SiC nepostradatelným materiálem používaným v aplikacích laserového žáruvzdorného povlakování i v aplikacích optického povlakování, a to díky přesnosti CVD při výrobě destiček technologií chemického napařování (CVD).