Definition von Siliziumkarbid

Siliciumcarbid (SiC) ist eine kristalline Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff, die häufig als Schleifmittel, Halbleitermaterial und wegen ihrer thermischen und mechanischen Eigenschaften verwendet wird. SiC ist auch ein hervorragendes Hochspannungsmaterial, das bei Leistungselektroniksystemen für Elektrofahrzeuge zur Verringerung von Größe und Gewicht beiträgt.

Synthetischer Moissanit kann auch in der Natur in Form des seltenen Minerals Moissanit vorkommen. Ein hartes, dauerhaftes Material mit einer Mohs-Härte von 8-9, die der des Diamanten nahe kommt.

Es ist ein kristallines Material

Siliciumcarbid (SiC) ist ein keramisches Nichtoxidmaterial, das aufgrund seiner Härte häufig für verschleißfeste Teile, aufgrund seiner thermischen Beständigkeit für feuerfeste Materialien und Keramiken, aufgrund seiner im Vergleich zu Silicium besseren Leistung in Hochspannungsumgebungen für elektronische Geräte sowie in der Leistungselektronik, die mit höheren Spannungen und Geschwindigkeiten arbeitet, verwendet wird. Da SiC eine größere Bandlücke als Silizium aufweist, kann es auch als Halbleitermaterial in der Leistungselektronik eingesetzt werden.

SiC ist ein extrem hartes Material mit starken kovalenten Bindungen zwischen seinen Kohlenstoff- und Siliziumatomen, die ihm eine unglaubliche Festigkeit verleihen, die nur von Borkarbid und Diamant übertroffen wird. SiC ist chemisch inert und korrosionsbeständig, selbst wenn es in Salz- oder Schwefelsäurelösungen erhitzt wird, und weist außerdem eine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit auf, die es ihm ermöglicht, die Umgebungstemperatur für langfristige Lagerungszwecke beizubehalten.

SiC kann entweder durch Reaktion von Si-Atomen mit Kohlenstoff in einem Reaktor für die physikalische Abscheidung aus der Gasphase oder durch Sintern von reinem Pulver mit herkömmlichen keramischen Formgebungsverfahren hergestellt werden. Die Wahl des Herstellungsverfahrens hat große Auswirkungen auf die endgültige Mikrostruktur, wobei reaktionsgebundenes (a-SiC) und gesintertes (4H-SiC) SiC unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweist.

Sie ist abrasiv

Siliziumkarbid ist eine harte und steife keramische Substanz, die als effektives Schleifmittel verwendet wird. Da es härter und schärfer als Aluminiumoxid ist, eignet sich Siliziumkarbid ideal zum Schleifen von harten Materialien wie Nichteisenmetallen und bestimmten Hölzern; außerdem eignet es sich gut zum Nasspolieren.

Siliziumdioxid (SiO2) entsteht durch Reaktion und Pyrolyse einer Mischung aus Siliziumdioxid und Kohlenstoff in einem Elektroofen. Dieses Material ist in verschiedenen Farben erhältlich, von schwarz bis grün, und kann sogar mit Stickstoff oder Bor dotiert werden, um sein Verhalten in das eines Halbleiters zu verwandeln.

Siliziumkarbid kann aufgrund seiner Langlebigkeit und anderer Eigenschaften von verschiedenen Industriezweigen verwendet werden, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Beständigkeit erfordern, wie z. B. Keramikplatten für kugelsichere Westen. Darüber hinaus verfügt Siliziumkarbid über eine hohe thermische und chemische Beständigkeit sowie eine geringe Wärmeausdehnung im Vergleich zu ähnlichen Schleifmitteln wie Wolframkarbid oder Diamant.

Es ist ein Halbleiter

Siliziumkarbid ist ein außergewöhnlich hartes Material mit einer Mohs-Härte von neun auf der Mohs-Skala und liegt damit zwischen Tonerde mit neun und Diamant mit 10. Darüber hinaus zeichnet sich Siliziumkarbid durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aus - Eigenschaften, die es für die Leistungselektronik geeignet machen, z. B. für die in Elektrofahrzeugen verwendeten Wechselrichter.

Siliciumcarbid unterscheidet sich von Moissanit dadurch, dass es durch Sintern seiner Körner mit verschiedenen Binern unter hohen Temperaturen und Druck in Keramik umgewandelt werden kann, was seit 1893 eine Massenproduktion als Schleifmittel ermöglicht, das häufig in Anwendungen eingesetzt wird, die eine hohe Haltbarkeit erfordern, wie z. B. Autobremsen oder -kupplungen, Leuchtdioden (LEDs) und Detektoren in elektronischen Halbleitergeräten.

SiC kann in verschiedenen Polymorphen mit unterschiedlichen Kristallstrukturen und physikalischen Eigenschaften vorkommen. Elektronische Anwendungen bevorzugen in der Regel den Polymorphtyp 4H-SiC mit seiner hexagonalen Kristallstruktur, die an Wurtzit oder Zinkblende erinnert.

Es ist ein Hochtemperaturmaterial

Siliziumkarbid (SiC) ist ein keramisches Nichtoxidmaterial, das in der Hochtemperaturmechanik und in der Elektronikfertigung, einschließlich der Halbleiterindustrie, weit verbreitet ist. SiC hat einen extrem hohen Schmelzpunkt und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ist chemisch inert. Seine Festigkeit, Härte und Haltbarkeit machen es nützlich für Anwendungen wie Strahlen, die eine hohe Zugfestigkeit erfordern, wie z. B. Kesselofenwände, Muffeln aus Riffelstein und Gleitschienen für Öfen.

Siliciumcarbid (Carborundum) ist ein hartes und sprödes Mineral, das aus tetraedrisch angeordneten Silicium- und Kohlenstofftetraedern besteht. SiC kommt nur in Spuren in Meteoriten und Kimberlitvorkommen vor und wird in der Regel synthetisch für industrielle Zwecke hergestellt. In reinem Zustand ist SiC in der Regel ein Isolator, kann aber durch Dotierung mit Verunreinigungen halbleitende Eigenschaften erhalten, um die Leitfähigkeit, Polarität und Leitfähigkeit zu steuern, so dass es als Elektronenträger in elektronischen Schaltungen wie p-n-Übergangstransistoren, Schottky-Barrieredioden und MOSFETs eingesetzt werden kann.

Es ist ein Hochspannungsmaterial

Siliciumcarbid (SiC) ist eine extrem haltbare Nichtoxidkeramik mit zahlreichen wünschenswerten Eigenschaften. Unter anderem ist SiC ideal für Hochspannungsanwendungen, einschließlich der Stromversorgung von Elektrofahrzeugen. Seine Bandlücke ist breiter als die der meisten Silizium-Halbleiter, wodurch es sich besser für höhere Spannungen eignet.

Siliziumkarbid (CNC) ist eines der härtesten Materialien überhaupt und erfordert diamantbestückte Klingen für präzise Schnitte. Darüber hinaus erhöht seine Wärmeleitfähigkeit die Effizienz und verringert die Größe des Batteriepacks in einem Fahrzeug.

Bei der modernen Siliziumkarbidherstellung wird reines SiC in Pulverform gemahlen, mit nichtoxidischen Sinterhilfsmitteln gemischt und bei Temperatur und Druck verdichtet. Bei der Herstellung von Siliziumwafern kann auch die chemische Gasphasenabscheidung zum Einsatz kommen, die große Mengen an Energie, Ausrüstung und Wissen erfordert. Das ursprüngliche Verfahren von Acheson ist auch heute noch der Standard für die Herstellung von synthetischem Siliciumcarbid.

Es ist ein Hochleistungsmaterial

Siliziumkarbid ist ein inertes keramisches Material mit zahlreichen vorteilhaften Eigenschaften, die es in der Industrie sehr begehrt machen, von Autobremsen und Kupplungen bis hin zu kugelsicheren Westen. Siliziumkarbid bietet eine hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen, abrasive Bedingungen, geringe Wärmeausdehnung und ist zudem äußerst korrosionsbeständig. Die Vielseitigkeit von Siliziumkarbid hat im Laufe seiner Geschichte viele industrielle Anwendungen hervorgebracht, darunter Bremsbeläge und kugelsichere Westen.

Durch Erhitzen einer Mischung aus Quarzsand und Kohlenstoff in einem gemauerten elektrischen Widerstandsofen unter Verwendung von elektrischem Strom kann Siliciumcarbid hergestellt werden. Dabei entstehen leuchtend grüne, diamantähnliche Kristalle, die anschließend gereinigt werden können, um Siliciumcarbid in Halbleiterqualität zu gewinnen.

Siliziumkarbid-Halbleiter weisen eine größere Bandlücke auf als ihre Silizium-Gegenstücke, so dass die Elektronik bei höheren Spannungen und Frequenzen arbeiten kann, ohne dass die Zuverlässigkeit darunter leidet - eine Eigenschaft, die sie zu einer beliebten Wahl für Hochleistungsanwendungen wie Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge und Instrumente in Rovern und Raumsonden gemacht hat.