Siliziumkarbid Dichte

Silizium ist das bevorzugte Halbleitermaterial in der Elektronik, doch seine schmale Bandlücke schränkt den Einsatz in Leistungsanwendungen ein. Siliziumkarbid (SiC) verfügt hingegen über wesentlich breitere Bandlücken, wodurch es bei höheren Temperaturen und Spannungen eingesetzt werden kann.

SiC gehört zu den härtesten Werkstoffen; hinsichtlich der Härte kann es nur von Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen werden. SiC lässt sich zwar in Rohform oder als „Biscuit“ bearbeiten, doch um enge Toleranzen zu erreichen, muss es vor der Bearbeitung oder Weiterbearbeitung zunächst vollständig gesintert werden.

Schüttdichte

Siliziumkarbid (SiC) ist eine harte chemische Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, die in der Natur als Edelstein Moissanit vorkommt; häufiger wird es jedoch synthetisch in Pulver- und Kristallform hergestellt und als Schleifmittel, Halbleiter, geschliffener Edelstein, in Platten für kugelsichere Westen oder für andere industrielle Anwendungen mit hohen Belastungsanforderungen eingesetzt.

Reines Siliziumkarbid ist farblos; bei der industriellen Herstellung erhält es aufgrund von Eisenverunreinigungen seine charakteristische braune bis schwarze Färbung. Das Schillern in SiC-Kristallen entsteht durch Interferenzeffekte in dünnen Schichten; seine Farbe lässt sich zudem durch Dotierung mit Stickstoff oder Phosphor als n-Typ-Elemente sowie mit Beryllium, Bor, Aluminium oder Gallium als p-Typ-Dotiermittel verstärken, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.

Materialbeschreibung: WaferCrete® (WC) ist ein extrem dichtes Material mit einer kristallinen Struktur, die es praktisch unmöglich macht, es zu zerbrechen. Darüber hinaus ermöglicht seine geringe Porosität, hohen Temperaturen standzuhalten, während seine Druckfestigkeit mit jeder Beimischung in Beton zunimmt; es hat sich gezeigt, dass seine Beimischung die Durchlässigkeit erheblich verringert.

Es ist erwiesen, dass die Zugabe von sowohl WC als auch SiC die Biegefestigkeit von Beton deutlich erhöht. Eine ANOVA-Analyse bestätigte diesen Effekt, da WC widerstandsfähiger gegen Rissausbreitung ist, während seine Kristallstruktur weniger flexibel ist.

Gerätedichte

Siliziumkarbid (SiC) ist ein künstlich hergestellter Werkstoff mit hervorragender Hochtemperaturfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Aufgrund seines sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten kann SiC in vielen anspruchsvollen Anwendungsbereichen eingesetzt werden – von Schleifmitteln und Stahlzusätzen bis hin zu mit Stickstoff oder Phosphor dotierten Materialien für den Einsatz als n-Typ-Halbleiter oder mit Beryllium, Bor oder Aluminium dotierten Materialien für die Herstellung von p-Typ-Halbleitern.

Die einzigartigen Eigenschaften von Siliziumkarbid machen es zum idealen Werkstoff für Hochspannungs-Leistungsbauelemente, darunter auch Elektrofahrzeuge, bei denen häufig hohe Spannungen erforderlich sind. Dank seiner im Vergleich zu Silizium deutlich größeren Bandlücke und seiner überlegenen Wärmeleitfähigkeit ermöglicht Siliziumkarbid den Betrieb bei höheren Spannungen und sorgt gleichzeitig für eine effektivere Wärmeableitung – Eigenschaften, die es besonders geeignet für den Einsatz als Material in EV-Batterien machen.

Saint-Gobain bietet ein branchenweit anerkanntes Portfolio an Siliziumkarbid-Keramiken an, darunter mehrschichtige, einschichtige und tetraedrische Produkte. Diese Keramiken werden mittels Reaktionsbinden und Sintern hergestellt; ihre Mikrostruktur bestimmt ihre chemischen, thermomechanischen und mechanischen Eigenschaften – ein Wissen, das wir bei der Entwicklung von Lösungen für viele anspruchsvolle Anwendungen genutzt haben.

Scheinbare Dichte

Die scheinbare Dichte eines Materials bezieht sich auf dessen Masse pro Volumeneinheit des festen Materials zuzüglich etwaiger Luft- oder Gasräume zwischen den Partikeln und wird in Kilogramm pro Kubikmeter, Troy-Unzen pro Kubikfuß oder anderen benutzerdefinierten Maßeinheiten angegeben. Sie wird in der Regel bei Pulvern und locker geschütteten Materialien wie Milchpulver gemessen.

Feuerfeste Keramik gehört zu den vielseitigsten industriellen Cermets und findet aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit in zahlreichen Branchen Anwendung. Darüber hinaus ist sie aufgrund ihrer Korrosions- und Verschleißfestigkeit eine ausgezeichnete Wahl für Hochtemperaturumgebungen.

Silizium ist nicht brennbar und chemisch inert; es ist in Wasser unlöslich, löst sich jedoch in Laugen und Eisenlösungen. Mit seinem charakteristischen bläulich-schwarzen Aussehen und seinen scharfen Kanten findet Silizium zahlreiche Anwendungen in Leuchtdioden (LED) und Kristallfunkdetektoren. Als Bestandteil eines synthetischen Edelsteins namens Moissanit (dessen Verwendung ursprünglich von der NASA für den Einsatz in Leuchtdioden und Kristallfunkdetektoren entdeckt wurde) verleiht Silizium auch Leuchtdioden und Kristallfunkdetektoren ihre Farbe.

Ramp-komprimierte SiC-Proben wurden unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen untersucht, darunter in laserbeheizten Diamant-Ambosszellen (Kurven „blue20“ und „black18“) sowie mittels First-Principles-Berechnungen (orange schattierter Bereich in der Zusatztabelle 3). Die gemessenen Dichten und Gitter-d-Abstände für den Übergang von B3 zu B1 wurden mit experimentellen Daten verglichen, die durch Lasererwärmung von Diamant-Ambosszellen (Kurven „blue20“ und „black18“) sowie durch First-Principles-Berechnungen (orange schattierter Bereich) gewonnen wurden. Die gemessenen Werte stimmten hervorragend überein.

Spezifisches Gewicht

Siliziumkarbid (SiC) ist eines der leichtesten und härtesten Keramikmaterialien. Dank seiner großen Bandlücke und hohen Wärmeleitfähigkeit eignet sich SiC ideal für Anwendungen, bei denen bei höheren Temperaturen ein geringer Widerstand erforderlich ist und das Material gleichzeitig leicht in bestimmte Formen bearbeitet werden kann.

SiC ist für seine extrem hohe Verschleißfestigkeit bekannt und eignet sich daher ideal als Auskleidungsmaterial für Pumpenkammern und Zyklone sowie für Laufräder und Trichter im Bergbau. Darüber hinaus wird SiC häufig für Düsen in Strahltriebwerken verwendet, da es hohen Temperaturen, hohem Druck und abrasiven Umgebungen standhält, ohne Erosionsschäden zu erleiden.

SiC kann als Einkristall gezüchtet werden, um Moissanit-Edelsteine herzustellen, die in Uhren und kugelsicheren Westen zum Einsatz kommen, sowie in Pulverform und als grobkörniges Schleifmittel. SiC lässt sich zudem zu hochbeständigen Keramiken sintern, die als Schneidwerkzeuge wie beispielsweise Bohrer verwendet werden.

Der Kontakt mit diesem Stoff ist zwar geruchs- und geschmacksneutral, kann jedoch zu Reizungen der Haut und der Augen führen. Gemäß dem Klassifizierungssystem der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC) kann der Kontakt zu einer wahrscheinlichen (2a) oder möglichen (2b) Karzinogenität beim Menschen führen, wobei bei Versuchstieren die ersten Anzeichen häufig erst 15 Jahre nach der Exposition auftreten.