Καρβίδιο του πυριτίου CTe

Το καρβίδιο του πυριτίου cte είναι ένα από τα ελαφρύτερα, σκληρότερα και ισχυρότερα κεραμικά υλικά της αγοράς. Προσφέρει εξαιρετική αντοχή στα οξέα καθώς και χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλό ρυθμό θερμικής διαστολής και μπορεί να αντέξει ακραίες θερμοκρασίες χωρίς προβλήματα θερμικής διαστολής.

Το κρυσταλλικό γραφένιο έχει στρωματοποιημένη κρυσταλλική δομή και κυκλοφορεί σε διάφορους πολυτύπους που διαφέρουν μόνο ως προς την αλληλουχία στοίβαξης των στρωμάτων. Όλοι έχουν διακριτές ηλεκτρονικές ζώνες- από αυτές τις τροποποιήσεις, η τροποποίηση βήτα διαθέτει ιδιαίτερα ελκυστικές ιδιότητες.

Μηχανικές ιδιότητες

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα εξαιρετικό τεχνικό κεραμικό που έχει αναδειχθεί σε απαραίτητο υλικό στις σύγχρονες τεχνολογικές εφαρμογές. Αυτό το μαύρο-γκρι προς γκρι υλικό ξεχωρίζει ως πυκνότερο από πολλά κοινά κεραμικά αλλά λιγότερο πυκνό από πολλά μέταλλα- διαθέτοντας εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και θερμική σταθερότητα, το SiC αποτελεί εξαιρετική λύση σε απαιτητικά περιβάλλοντα όπου τα παραδοσιακά υλικά μπορεί να αποτύχουν.

Το καρβίδιο του πυριτίου cte αποτελείται από ένα πλέγμα δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα και πυριτίου που σχηματίζει ένα εξαιρετικά ανθεκτικό, ισχυρό υλικό με εξαιρετικές ιδιότητες αντοχής στη φθορά και στην οξείδωση, το οποίο λειτουργεί αξιόπιστα σε ακραία περιβάλλοντα όπως φούρνοι, λιωμένα μέταλλα και πετροχημικές βιομηχανίες.

Η ανώτερη χημική αδράνεια καθιστά το πολυανθρακικό υλικό ιδανικό για ασφαλή εργασία σε σκληρά χημικά περιβάλλοντα που θα υποβάθμιζαν γρήγορα τα πιο εύθραυστα υλικά, όπως αυτά που συναντώνται κατά την κατασκευή χάλυβα, πετροχημικών και κεραμικών, όπου οι χημικές ενώσεις χρησιμοποιούνται συχνά ως πρώτες ύλες ή καταλύτες για τη λειτουργία των προϊόντων. Αυτή η ιδιότητα καθιστά το πολυανθρακικό υλικό ιδιαίτερα κατάλληλο για αξιόπιστη εργασία υπό αυτές τις συνθήκες.

Το κεραμικό καρβίδιο του πυριτίου είναι γνωστό για την υψηλή αντοχή του, καθώς διαθέτει υψηλότερο μέτρο ελαστικότητας Young από τα περισσότερα κεραμικά υλικά, ώστε να αντέχει σε κρούσεις που διαφορετικά θα μπορούσαν να σπάσουν ή να ραγίσουν υλικά χαμηλότερης ποιότητας, παρέχοντας προστασία από σπασίματα ή ρωγμές από κρούσεις που θα μπορούσαν να ραγίσουν υλικά χαμηλότερης ποιότητας, όπως μύλοι, μύλοι, αλεστές, διαστολείς ή εξωθητές. Εξαιτίας αυτής της ιδιότητας έχει γίνει κοινή χρήση σε μύλους, μύλους, διαστολείς ή εξωθητές όπου θα μπορούσαν να εμφανιστούν φθορές λόγω φθοράς.

Το καρβίδιο του πυριτίου ως βιομηχανικό κεραμικό αντέχει σε σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως ακραίες θερμοκρασίες, χημική διάβρωση και τριβές. Επιπλέον, αυτό το εξαιρετικά ανθεκτικό κεραμικό έχει την ικανότητα να αντέχει σε υψηλά επίπεδα μηχανικής καταπόνησης, αντέχοντας πιέσεις έως 240 MPa και αντοχή σε εφελκυσμό 10 GPa αντίστοιχα.

Όπως και άλλα τεχνικά κεραμικά, το καρβίδιο του πυριτίου παρουσιάζει εξαιρετικά χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE), ο οποίος του επιτρέπει να διατηρεί τη δομή του όταν εκτίθεται σε διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Αυτό το χαρακτηριστικό καθιστά το καρβίδιο του πυριτίου απαραίτητο σε εφαρμογές ημιαγωγών όπου τα υψηλά επίπεδα ισχύος πρέπει να λειτουργούν υπό έντονες μεταβολές θερμοκρασίας. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει εξαιρετική μηχανική αντοχή - το μέτρο ελαστικότητας Young που υπερβαίνει τα 400 MPa παρέχει καλή σταθερότητα διαστάσεων.

Θερμικές ιδιότητες

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό και εύκαμπτο υλικό, ικανό να αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες, ενώ είναι χημικά αδρανές και μη εύφλεκτο, καθιστώντας το ιδανικό υλικό για απαιτητικές συνθήκες, όπως η τρισδιάστατη εκτύπωση, η παραγωγή βαλλιστικής, η ενεργειακή τεχνολογία ή η κατασκευή χαρτιού. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου έχει χαμηλά επίπεδα τοξικολογικής τοξικότητας και επομένως είναι κατάλληλο για πολλές εφαρμογές όπου τα μέταλλα δεν θα μπορούσαν διαφορετικά να λειτουργήσουν.

Το καρβίδιο πυριτίου CTE προσφέρει εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες για χρήση σε εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες, συμπεριλαμβανομένων των ημιαγωγών και των ηλεκτρονικών συσκευών. Η εξαιρετική σταθερότητα στη θερμοκρασία βοηθά στην πρόληψη της υποβάθμισης λόγω θερμών σημείων στις συσκευές, ενώ η χαμηλή θερμική διαστολή του αντέχει σε μεγάλες μεταβολές χωρίς να καταπονεί τις συνδέσεις ή να προκαλεί ρωγμές - με αποτέλεσμα την αξιόπιστη απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες. Το SiC έχει σημαντικά χαμηλότερο συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE), γεγονός που το καθιστά πιο αξιόπιστο από τα μεταλλικά υλικά στο να αντέχει τέτοιες καταπονήσεις.

Οι ιστορικές μέθοδοι για την παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου περιλάμβαναν τη θέρμανση ενός μείγματος πηλού (πυριτικό αργίλιο) και κονιοποιημένου κοκ σε σιδερένιο κύπελλο, με τον Edward Goodrich Acheson να παίρνει τα εύσημα για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων το 1891- το προϊόν του έγινε γνωστό ως carborundum. Σήμερα, ωστόσο, η παραγωγή του μπορεί επίσης να περιλαμβάνει τη διάλυση άνθρακα σε υγρό πυρίτιο ή την τήξη καρβιδίου του ασβεστίου και πυριτίου ή τη χρήση ηλεκτρικών κλιβάνων για την αναγωγή του πυριτίου με άνθρακα.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένας εξαιρετικός αγωγός θερμότητας με θερμική αγωγιμότητα περίπου διπλάσια από εκείνη του καθαρού χαλκού, χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής και είναι ανθεκτικό σε θερμικό σοκ.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα δημοφιλές πυρίμαχο υλικό λόγω της αντοχής, της ακαμψίας και των θερμικών ιδιοτήτων του.Κατατάσσεται στην ένατη θέση στην κλίμακα σκληρότητας Mohs πάνω από την αλουμίνα αλλά κάτω από το διαμάντι. Λόγω αυτής της ευελιξίας αποτελεί εξαιρετική επιλογή για κάτοπτρα αστρονομικών τηλεσκοπίων.

Οι θερμικές ιδιότητες του πορώδους καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να βελτιωθούν με την προσθήκη προσθέτων όπως το βόριο ή το μαγνήσιο, βελτιώνοντας την ανθεκτικότητα και το μέτρο ελαστικότητας για να αυξηθεί η απόδοση σε απαιτητικά περιβάλλοντα.

Χημικές ιδιότητες

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), που συνήθως αναφέρεται ως καρβορουνδία, είναι ένα από τα βασικά βιομηχανικά κεραμικά υλικά. Παράχθηκε για πρώτη φορά συνθετικά από τον Edward Acheson το 1891 και είναι μία από τις σκληρότερες ουσίες στη γη - δεύτερη μετά το διαμάντι στην κλίμακα σκληρότητας Mohs - το SiC είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στη διάβρωση και την τριβή και παρέχει εξαιρετική αντοχή σε θερμικά σοκ - ιδιότητες που το καθιστούν ανεκτίμητο ως μέρος του βιομηχανικού και στρατιωτικού εξοπλισμού.

Το SiC είναι ένα αδρανές υλικό που αποτελείται από ισχυρούς δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα και πυριτίου, προσδίδοντάς του εξαιρετική σκληρότητα, μηχανική αντοχή, υψηλά σημεία τήξης και βρασμού, χαμηλή πυκνότητα και θερμική αγωγιμότητα. Η υψηλή χημική αδράνεια του SiC του επιτρέπει να αντιστέκεται στη διάβρωση από άλατα, οξέα, αλκάλια και σκωρίες, ενώ παραμένει ανεπηρέαστο από τον αέρα ή τον ατμό υπό κανονικές συνθήκες - αν και η ταχεία οξείδωση μπορεί να συμβεί γρήγορα όταν εκτίθεται σε όξινο περιβάλλον ή θερμαίνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

Το SiC έχει πολλές διαφορετικές χημικές ιδιότητες που εξαρτώνται από την κρυσταλλογραφική δομή και τη σύνθεσή του. Διαφορετικοί πολυτύποι ή κρυσταλλικές μορφές του SiC παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες ημιαγωγών που εξαρτώνται από τη δομή και τον προσανατολισμό εντός της δομής του πλέγματος - για παράδειγμα, το SiC 6H παρουσιάζει σημαντικά μεγαλύτερη κινητικότητα ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τις μορφές 3C και 4H του υλικού.

Το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει εντυπωσιακές φυσικές και χημικές ιδιότητες που το καθιστούν ανώτερο υλικό για χρήση σε πυρηνικούς αντιδραστήρες, όπως το ότι είναι μη αντιδραστικό με χαμηλές διατομές νετρονίων και εξαιρετική αντοχή σε βλάβες από ακτινοβολία. Ως εκ τούτου, το καρβίδιο του πυριτίου αποτελεί εξαιρετική επιλογή υλικού.

Το SiC απαντάται στη φύση ως μαύρο ορυκτό που ονομάζεται μοισσανίτης και το οποίο μπορεί να βρεθεί μόνο σε πολύ περιορισμένες ποσότητες σε κοιτάσματα κορούνδιο και σωλήνες κιμπερλίτη, αν και μπορεί επίσης να συντεθεί τεχνητά σε εργαστήρια. Ο περισσότερος μοισσανίτης που απαντάται στη φύση εξορύσσεται στο Diablo Canyon στην Αριζόνα, όπου χρησιμοποιείται για την κατασκευή συνθετικών διαμαντιών - αν και άλλες πηγές περιλαμβάνουν μετεωρίτες και ψαμμίτη. Το μεγαλύτερο μέρος του SiC που πωλείται παγκοσμίως παράγεται συνθετικά για χρήση ως λειαντικό, πρόσθετο χάλυβα, δομικό κεραμικό συστατικό ή συστατικό ηλεκτρονικών ημιαγωγών - ωστόσο το πιο συχνά πωλούμενο παγκοσμίως παράγεται συνθετικά χρησιμοποιώντας συστατικά και εφαρμογές ηλεκτρονικών ημιαγωγών.

Ηλεκτρικές ιδιότητες

Το καρβίδιο του πυριτίου στην κρυσταλλική του μορφή είναι ένας ημιαγωγός με ευρύ ενεργειακό χάσμα ζώνης με ελκυστικό εγγενές προφίλ ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένου ενός εξαιρετικά υψηλού πεδίου ηλεκτρικής διάσπασης και μιας γρήγορης ταχύτητας κορεσμού των φορέων φορτίου. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει τριπλάσια θερμική αγωγιμότητα από το Si και είναι αδρανές στις χημικές ουσίες, γεγονός που το καθιστά εξαιρετική επιλογή υλικού για χρήση σε ηλεκτρικές και οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές.

Οι ευέλικτες ιδιότητες του καρβιδίου του πυριτίου το καθιστούν βασικό δομικό στοιχείο στις σύγχρονες τεχνολογικές και βιομηχανικές εφαρμογές που απαιτούν σταθερότητα, αποδοτικότητα και ανθεκτικότητα. Η ικανότητά του να αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες, ενώ παράλληλα αντιστέκεται σε χημικές αντιδράσεις, το καθιστά ανεκτίμητο συστατικό σε προηγμένα συστήματα που λειτουργούν υπό ακραίες συνθήκες.

Το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει μια ασυνήθιστη κρυσταλλική δομή που χαρακτηρίζεται από ισχυρούς χημικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα και πυριτίου, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για ακραία περιβάλλοντα.

Το SiC διαφέρει από πολλά κεραμικά, καθώς δεν υφίσταται απώλεια αντοχής σε ένα εύρος θερμοκρασιών και παραμένει άθικτο ακόμη και σε δύσκολες περιβαλλοντικές συνθήκες. Επιπλέον, είναι αδρανές σε οξέα και χημικές ουσίες που βρίσκονται στο περιβάλλον του, γεγονός που μειώνει το ενδεχόμενο ζημιών σε μηχανικά εξαρτήματα ή περιβάλλοντα που υπόκεινται σε έντονες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Από χημικής άποψης, η πιο χαρακτηριστική ιδιότητα του κεραμικού είναι η μη διαλυτότητά του στο νερό και την αλκοόλη - αυτό το χαρακτηριστικό το διαφοροποιεί από τα κοινά κεραμικά υλικά καθώς και από ορισμένα μέταλλα- και αποδεικνύει την ανθεκτικότητά του σε σκληρά χημικά περιβάλλοντα.

Το καρβίδιο του πυριτίου ξεχωρίζει με τον χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και την εξαιρετική αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας το ιδανικό για απαιτητικές εφαρμογές και περιβάλλοντα υψηλής τεχνολογίας. Επιπλέον, η αδιαλυτότητά του το καθιστά έξυπνη επιλογή σε συνθήκες υψηλής πίεσης, όπου άλλα υλικά θα διαβρώνονταν ή θα υποβαθμίζονταν με την πάροδο του χρόνου.

Το καρβίδιο του πυριτίου έχει πολλές εφαρμογές στη δυναμική τεχνολογία στεγανοποίησης, όπως τα ρουλεμάν τριβής και οι μηχανικές τσιμούχες που χρησιμοποιούνται για αντλίες και συστήματα κίνησης. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί επίσης να βρεθεί στην τεχνολογία βαλλιστικής, στην ενεργειακή τεχνολογία, στις διαδικασίες παραγωγής χαρτιού και ως συστατικό σε συστήματα σωληνώσεων. Επιπλέον, το υλικό αυτό αποτελεί μια ελκυστική επιλογή υλικού για τρισδιάστατη εκτύπωση λόγω της εξαιρετικής διάρκειας ζωής του εργαλείου του σε απαιτητικές συνθήκες υψηλής πίεσης σε υψηλές θερμοκρασίες.