Siliziumkarbid-Struktur

Siliziumkarbid ist einer der stärksten keramischen Werkstoffe. Aufgrund seiner überragenden Festigkeit, Steifigkeit, geringen Wärmeausdehnung und Korrosionsbeständigkeit ist Siliziumkarbid ein hervorragendes Material für Automobilbremsen und -kupplungen sowie für kugelsichere Westen.

Siliziumkarbid ist nach Borkarbid und Diamant eines der härtesten Materialien. Es wird häufig als Option für die Verwendung in feuerfesten Gusserzeugnissen und Schleifmitteln gewählt.

Härte

Siliciumcarbid ist eine der härtesten Substanzen, die derzeit bekannt sind, und konkurriert in Bezug auf die Härte mit harten Materialien wie Diamant und Borkarbid. Aus diesem Grund wird Siliziumkarbid häufig zur Herstellung von Waffen und Panzerplatten verwendet.

Hohe Festigkeit und Kriechbeständigkeit machen feuerfeste Keramik zu einem geeigneten Material für industrielle Ofenauskleidungen und Heizelemente, Pumpenteile, Raketentriebwerkskomponenten und Keramiksubstrate für Leuchtdioden.

Die Verbindung ist in ihrem ursprünglichen Zustand im Allgemeinen hart und spröde, kann jedoch durch Zusätze von Aluminium oder Bor erheblich verändert werden. Außerdem ist sie unlöslich in Wasser, Alkohol und vielen organischen Säuren, Laugen oder Salzen.

Die Härte von Siliziumkarbid kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden, darunter Rockwell- und Brinell-Tests. Bei diesen Prüfungen wird die Eindringtiefe von harten Gegenständen wie Stahlkugeln oder Diamantkugeln gemessen, um die Härte zu ermitteln.

Wärmeleitfähigkeit

Siliziumkarbid ist ein extrem hartes, steifes Material, das hohen Temperaturen standhält und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat - Eigenschaften, die es zu einem begehrten Spiegelmaterial für astronomische Teleskope machen. Siliziumkarbid kann durch chemische Gasphasenabscheidung zu großen Scheiben mit einem Durchmesser von bis zu 3,5 Metern gezüchtet werden; die Weltraumteleskope Herschel und Gaia verwenden beide Siliziumkarbid-Spiegel.

Die Wärmeleitfähigkeit misst die Fähigkeit von Materialien, bei bestimmten Temperaturen Wärme durch sie hindurch zu leiten, gemessen in Watt pro Meter-Kelvin. Diese Eigenschaft kann durch Veränderung ihrer Zusammensetzung, Struktur und ihres Zustands verändert werden. Umgekehrt misst der Wärmewiderstand oder die Wärmeisolierung, wie gut Materialien Wärme zurückhalten oder bewahren.

Carborundum wird durch Mischen von Quarzsand mit Kohlenstoff in einem elektrischen Lichtbogenofen bei hohen Temperaturen - in der Regel zwischen 1.600 und 2.500 Grad Celsius - hergestellt, wobei normalerweise ein schwarzes, graues oder braunes Pulver entsteht, das als Carborundum bekannt ist, wenn es sich nicht um reines Silizium handelt.

Korrosionsbeständigkeit

Siliciumcarbid (SiC) ist ein natürlich vorkommendes, hartes, scharfes Material, das für seine Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und chemische Angriffe bekannt ist. Wenn es kristallisiert, bildet es dicht gepackte kovalente Bindungen zwischen vier Silizium- und vier Kohlenstoffatomen, die zu einer starken, hochgradig tetraedrischen Koordination zwischen ihren vier Kohlenstoffatomen führen, was zu außergewöhnlicher Festigkeit, Beständigkeit gegen gängige Säuren, Salze und Laugen sowie zu einem hervorragenden elektrischen Leiter führt.

Die Korrosion von Siliciumcarbid kann durch verschiedene Mechanismen erfolgen, z. B. durch Wasserreaktionen, Hydratation oder hydrothermale Oxidation; die chemische Korrosion ist die häufigste Form und tritt in der Regel bei niedrigeren Temperaturen auf.

Siliciumcarbid wird durch Schmelzen und Zerkleinern von natürlichem oder synthetischem Quarzsand oder Koks in einem elektrischen Widerstandsofen hergestellt und anschließend sortiert, gemahlen und für verschiedene Anwendungen aufbereitet. Heute wird es für die Feuerfest-, Metallurgie- und Elektronikindustrie hergestellt. Zum Beispiel: In der Feuerfestindustrie wird er für die Herstellung von Ofenböden und Auskleidungen verwendet, die beim Brennen, Schmelzen und Gießen von Keramik zum Einsatz kommen, während er in der Elektronikindustrie zur Herstellung von Leistungstransistoren verwendet wird, die bei sehr hohen Temperaturen bzw. Spannungen arbeiten.

Elektrische Leitfähigkeit

Siliziumkarbid weist aufgrund der großen Anzahl freier Elektronen in seinem Material eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit auf. Wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, bewegen sich diese Elektronen mit unglaublicher Geschwindigkeit durch das Material und erzeugen Strom. Je höher die elektrische Leitfähigkeit ist, desto mehr Strom wird bei einem bestimmten Feld erzeugt.

SiC ist ein ideales Material für Stromversorgungsanwendungen, da es hohen Strömen, Temperaturen und Frequenzen standhält und gleichzeitig über eine breitere Bandlücke verfügt, die es ermöglicht, bei viel höheren Spannungen zu arbeiten als sein beliebterer Cousin Silizium.

Reines Siliciumcarbid ist ein farbloser Kristall mit kubischer Kristallstruktur und kann durch Hinzufügen verschiedener Mengen an Verunreinigungen wie Stickstoff oder Aluminium weiter gereinigt werden - diese Verunreinigungen ermöglichen es, je nach ihrer chemischen Zusammensetzung Eigenschaften als Isolator und als Halbleiter anzunehmen.