Formel for siliciumcarbid

Siliciumcarbid (SiC), kemisk formel SiC, er en ekstremt hård (9 på Mohs skala), syntetisk fremstillet krystallinsk forbindelse, der består af silicium og kulstof. Det fremstår normalt blåsort med en iriserende effekt.

Siliciumcarbid fremstilles industrielt ved at blande silica med kulstof under høje temperaturer i elektriske ovne, men forekommer også naturligt som moissanitmineral i meget små mængder.

Fysiske egenskaber

Siliciumcarbid (forkortet SiC) er en ekstremt hård syntetisk fremstillet krystallinsk forbindelse af silicium og kulstof, der er kendt for sin holdbarhed og sit høje smeltepunkt. Siden slutningen af det 19. århundrede er SiC blevet brugt som slibemateriale til fremstilling af sandpapir, slibeskiver og skæreværktøjer; for nylig er det også blevet udbredt til produktion af hård keramik, hårde ildfaste foringer til industriovne, højtemperatursten til højtemperaturmiljøer, slidstærke dele i pumper og raketmotorer samt halvledende substrater, der bruges til fremstilling af lysdioder (LED).

I fast form har det form af en gul til grøn til blåsort, iriserende krystal med en sublimeringstemperatur på 2700 grader og er uopløselig med de fleste væsker, herunder vand og de fleste syrer/alkalier/smeltede salte. Desuden er dets modstandsdygtighed over for termisk chok meget lav, mens varmeudvidelsen forbliver minimal.

Siliciumcarbid er et ideelt materiale til fremstilling af ildfaste plader i varmevekslere, der bruges til at behandle varme kemiske opløsninger, såsom højkoncentreret svovlsyre eller natriumhydroxidopløsning, på grund af dets fremragende varmeledningsevne og evne til at modstå ekstreme temperaturer under disse processer. Desuden giver siliciumcarbid hurtig varmeoverførsel på grund af sin hurtige varmeledning.

Kemiske egenskaber

Siliciumcarbid (SiC) er et kunstigt, syntetisk krystallinsk materiale med mange anvendelsesmuligheder. Det har et højt smeltepunkt, en høj densitet og en tetraedrisk krystalstruktur med nuancer, der spænder fra gulgrønne nuancer til blåsorte, iriserende krystaller.

Diamant er hårdt og kemikaliebestandigt i ekstreme temperaturer og miljøer og er et populært slibemateriale, der bruges til industriel slibning og bearbejdning samt i vid udstrækning til ildfaste foringer og produktion af keramik og halvlederelektronik.

Moissanit-ædelstene findes naturligt i nogle meteoritter og korundaflejringer, mens det meste SiC produceres som et industriprodukt. Alfa-SiC findes oftest som den mest udbredte polymorfe med hexagonal krystalstruktur (svarende til wurtzit). Beta-modifikation med zinkblende-krystalstruktur blev engang sjældent brugt kommercielt, indtil for nylig, hvor dens zinkblendestruktur gjorde den velegnet som støttemateriale til heterogene katalysatorer på grund af dens større overfladeareal end alfa-formen.

Mekaniske egenskaber

Siliciumcarbid (SiC) er et ekstremt hårdt, ildfast keramisk materiale med enestående styrke og korrosionsbestandighed, der kan modstå meget høje temperaturer uden at blive nedbrudt. Desuden har SiC en fremragende varmeledningsevne og begrænset varmeudvidelse og er modstandsdygtig over for de fleste syrer eller baser samt smeltede salte.

SiC er en halvleder med bredt båndgab; det betyder, at det kræver mere energi at flytte elektroner ind i ledningsbåndet end silicium, hvilket giver mulighed for højere skiftefrekvenser og mere effektiv strømkonvertering. SiC kan dopes med nitrogen eller fosfor for at få n-type egenskaber og med bor, gallium eller aluminium for at få p-type egenskaber.

Produktionsmetoderne varierer fra groft og finkornet pulver, pasta eller hård gel, ekstruderingsstøbning til faste former ved ekstrudering og kold isostatisk presning til vækst af enkeltkrystaller med Lely-metoden til ædelstensskæring, kendt som syntetiske moissanitædelsten, men det meste af det producerede materiale bruges industrielt.

Termiske egenskaber

Siliciumcarbid kan modstå høje temperaturer og korrosion, samtidig med at det er kemisk inert; det gør, at det kan modstå syrer, baser og salte uden negative virkninger.

Beskrivelse af materialet: Siliciumcarbid er en isolator, men kan modificeres til at udvise halvlederegenskaber ved kontrolleret doping, hvilket giver et bredt båndgab, der er ideelt til halvlederapplikationer.

Industriel produktion af siliciumcarbid begynder med opvarmning af rent kvartssand af silica (SiO2) og malet petroleumskoks til en ekstremt høj temperatur ved hjælp af elektriske modstandsovne, hvilket fører til to polytyper - alfa og beta. A-SiC er den mest almindelige af de to med sekskantede krystalstrukturer, der ligner wurtzit; mens b-SiC har zinkblende-krystalstrukturer, der ligner diamant.

Begge former har mange anvendelser; disse stoffer findes i slibe-, honing- og sandblæsningsprocesser samt som belægning på værktøj som bor til skæreprocesser. Desuden er begge former almindeligt forekommende i moderne sportsartikler som skateboards og griptape og bruges som ildfaste materialer til ovne samt keramiske komponenter i gasturbiner.