Formel for siliciumcarbid

Siliciumcarbid, også kaldet carborundum, er en hård og stærk non-oxid keramik med unikke fysiske egenskaber, som ofte bruges i slibemidler og metallurgiske anvendelser.

SiC blev oprindeligt fremstillet ved hjælp af Acheson-processen, men i dag masseproduceres det ved hjælp af en elektrisk modstandsovn, hvor man blander rent kvartssand med fintmalet koks, hvilket giver gulgrønne til blåsorte krystaller med en irisering, der skiller sig ud.

Fysiske egenskaber

Siliciumcarbid (SiC) er en ekstremt hård, krystallinsk forbindelse af silicium og kulstof, kendt som Moissanite, der først blev opdaget i sin naturlige tilstand (Canyon Diablo-meteoritten i Arizona) af den nobelprisvindende kemiker Henri Moissan i 1893 som en del af hans undersøgelse af naturlige materialer.

Siliciumcarbid har en lagdelt krystalstruktur og findes i forskellige polytyper med specifikke stablingsarrangementer af silicium- og kulstofatomer, kendt som et arrangement kendt som 3C-SiC; selvom der er over 100 andre strukturer med lignende kemiske og fysiske egenskaber.

Siliciumcarbid kan omdannes til keramiske materialer ved at sintre (binde partiklerne sammen ved høje temperaturer) ved hjælp af forskellige metoder. En populær proces til dette er reaktionsbundet SiC, også kendt som Hexoloy(r), som bruger reaktionsbundet SiC-pulver blandet med porøst kulstofmateriale gennem additiv formning, støbning eller ekstrudering for at producere fuldt fortættet keramisk materiale med exceptionelle kemiske og mekaniske egenskaber, der fungerer ved ekstreme slutbrugstemperaturer.

Kemiske egenskaber

Siliciumcarbid har mange gavnlige egenskaber, som gør det til en værdifuld industriel forbindelse. Det er kemisk inert og modstandsdygtigt over for korrosion. Desuden er siliciumcarbid et fremragende slibemiddel, der er blevet meget anvendt i moderne lapidarisk industri på grund af dets holdbarhed og Mohs hårdhedsgrad på 10,5.

Dette krystallinske materiale kan dopes til at producere både n-type og p-type halvledere, hvor nitrogen-doping producerer førstnævnte og gallium-, aluminium- eller bor-doping producerer sidstnævnte. Det tåler høje temperaturer og reagerer ikke med alkalier eller de fleste organiske stoffer med undtagelse af flussyre.

Siliciumcarbidets ekstraordinære modstandsdygtighed har ført til, at det bruges i forskellige applikationer, fra keramiske bremseskiver til sportsvogne og skudsikre veste til pumpeakseltætninger på grund af dets høje varmeledningsevne og evne til at sprede friktionsvarme, før den overføres til stållejeoverflader. Desuden betyder den komplekse kemiske sammensætning, at der findes flere former eller polytyper, der indeholder forskellige krystalstrukturer og bindingsarrangementer i deres sammensætning.

Elektriske egenskaber

Siliciumcarbid har fået fornyet anerkendelse i de senere år på grund af dets enestående mekaniske egenskaber som høj hårdhed og kemisk inerti, men det har også nyttige elektriske egenskaber. På grund af sin krystallinske struktur tillader siliciumcarbid, at urenheder, der kaldes doping, indføres gennem doping for at skabe flere frie ladningsbærere såsom elektroner og huller i materialet, hvilket øger ledningsevnen.

Siliciumcarbidets unikke atomstruktur giver det en relativt høj varmeledningsevne på grund af den tætte pakning af dets atomer med store radier og deres efterfølgende fononiske ledning; dette giver siliciumcarbid en fordel i forhold til andre strukturelle keramiske materialer som aluminiumnitrid og beryllia, der har lavere varmeledningsevne på grund af deres større atomradier.

Siliciumcarbid forekommer naturligt som det krystallinske mineral moissanit i små mængder, men det meste siliciumcarbid, der bruges kommercielt, fremstilles syntetisk til brug som slibemiddel eller avanceret ildfast materiale ved at antænde en blanding af kvartssand og kul i en murstensovn med elektrisk modstand.

Mekaniske egenskaber

Siliciumcarbid (SiC) er et ekstremt hårdt keramisk materiale med en hårdhed på 9 på Mohs-skalaen. Det fremstår typisk som gule til grønne til blåsorte iriserende krystaller, der sublimerer ved 2700 grader C, før de nedbrydes i vand eller med alkalier og jern ved højere temperaturer, og har fremragende korrosionsbestandighed og styrke ved temperaturer op til 1600 grader C, hvor tekstur, kornstørrelse, stablingsfejl, urenheder eller stablingsfejl har sekundære roller for de mekaniske egenskaber.

Fremstilles industrielt ved hjælp af Acheson-processen, hvor man blander silica med kulstof i en elektrisk ovn ved høje temperaturer ved hjælp af Acheson-metoden, eller findes naturligt som moissanit, der først blev opdaget i Canyon Diablo-meteorkrateret i Arizona i 1893. Moissanit har længe været anerkendt som et vigtigt materiale i avanceret funktionel keramik, slibemidler og metallurgiske råmaterialer på grund af sin fremragende varmeledningsevne og minimale varmeudvidelse samt enestående kemiske stabilitet; modstandsdygtig over for de fleste organiske og uorganiske syrer samt salte, men flussyre eller syrefluorider er til stede.