Για τι χρησιμοποιείται το καρβίδιο του πυριτίου;

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα καταπληκτικό κεραμικό με πολλές χρήσιμες ιδιότητες, όπως αντοχή, σκληρότητα, ανθεκτικότητα, αντίσταση στη διάβρωση και ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Ο Edward Acheson συνέθεσε για πρώτη φορά τεχνητά το SiC το 1891. Αν και το αντίστοιχο ορυκτό του, ο μοισσανίτης, υπάρχει στη φύση, το μεγαλύτερο μέρος του SiC που παρασκευάζεται σήμερα παράγεται συνθετικά με την ονομασία Carborundum.

Πυρίμαχα υλικά υψηλής θερμοκρασίας

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα εξαιρετικά χρήσιμο μη οξειδωτικό κεραμικό υλικό με πολλαπλές χρήσεις. Χρησιμοποιείται συχνά σε λειαντικά λόγω της σκληρότητας και της αντοχής του στη θερμότητα- ομοίως, χρησιμοποιείται σε πυρίμαχα υλικά και κεραμικά λόγω των χαμηλών ρυθμών θερμικής διαστολής και της αντίστασης έναντι θερμικών σοκ. Επιπλέον, το SiC μπορεί επίσης να ταξινομηθεί ως ημιαγωγός, έχοντας χαρακτηριστικά ηλεκτρικής αγωγιμότητας ενδιάμεσα μεταξύ εκείνων που απαντώνται στα μέταλλα και στους μονωτές.

Το SiC είναι μία από τις σκληρότερες συνθετικές ουσίες που έχουν γίνει ποτέ γνωστές, με βαθμολογία στην κλίμακα Mohs κοντά σε εκείνη του διαμαντιού. Χρησιμοποιείται κυρίως ως λειαντικό σε διαδικασίες κατεργασίας όπως η αμμοβολή, η λείανση και η κοπή με υδροβολή και χρησιμοποιείται επίσης στην εκτύπωση με καρμπορούνδιο, η οποία περιλαμβάνει την εφαρμογή πάστας σε πλάκα αλουμινίου και στη συνέχεια τη μελάνωση με στυλό χειρός για να παραχθούν τυπωμένα σημάδια στο χαρτί.

Το SiC είναι ικανό να αντέχει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε πυρηνικούς αντιδραστήρες για την προστασία των τοιχωμάτων από βλάβες λόγω ακτινοβολίας, καθώς και σε καμίνους χαλυβουργίας και σε διαδικασίες παραγωγής κεραμικών και πυρίμαχων υλικών.

Οι σύγχρονες μέθοδοι παραγωγής SiC για χρήση σε λειαντικά, μεταλλουργικές και πυρίμαχες εφαρμογές περιλαμβάνουν τη δημιουργία ενός μίγματος καθαρής πυριτικής άμμου με άνθρακα σε κωκ σε έναν ηλεκτρικό φούρνο με τούβλα τύπου αντίστασης και τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του αγωγού του για να προκληθούν χημικές αντιδράσεις που σχηματίζουν δύο πολυτύπους καρβιδίου του πυριτίου - το α SiC έχει εξαγωνική κρυσταλλική δομή παρόμοια με του Wurtzite, ενώ το β SiC έχει κρυσταλλική δομή zinc blende παρόμοια με του διαμαντιού.

Μηχανική υψηλών επιδόσεων

Το SiC (καρβίδιο του πυριτίου) είναι μια συνθετικά παραγόμενη κρυσταλλική ένωση που αποτελείται από πυρίτιο και άνθρακα και χρησιμοποιείται ευρέως ως λειαντικό υλικό σε εργαλεία λείανσης, κοπτικά εργαλεία, γυαλόχαρτο και τροχούς λείανσης. Επιπλέον, το SiC χρησιμεύει ως αναπόσπαστο συστατικό στις επενδύσεις βιομηχανικών κλιβάνων καθώς και σε ανθεκτικά στη φθορά μέρη σε αντλίες και πυραυλοκινητήρες λόγω της εξαιρετικής του αντοχής στην τριβή, τις χημικές ουσίες, τις υψηλές θερμοκρασίες και τη διάβρωση.

Ο μοισσανίτης ανακαλύφθηκε αρχικά με φυσικό τρόπο ως σπάνιο ορυκτό μοισσανίτης το 1891 και έκτοτε συντέθηκε τεχνητά και παράγεται μαζικά ως λειαντικό υλικό. Η πυροσυσσωμάτωση μπορεί επίσης να παράγει πολύ σκληρά κεραμικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε δίσκους φρένων και συμπλέκτες αυτοκινήτων, καθώς και σε πλάκες αλεξίσφαιρων γιλέκων από κεραμικές πλάκες κατασκευασμένες με μοισσανίτη. Επιπλέον, το υλικό αυτό αποτελεί αναπόσπαστο συστατικό προηγμένων συσκευών ισχύος που φέρνουν σήμερα επανάσταση στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος.

Το καρβίδιο του πυριτίου διατίθεται σε διάφορες ποιότητες για αγορά, ανάλογα με τις ειδικές ιδιότητες της εφαρμογής σας. Οι συνήθεις επιλογές περιλαμβάνουν το πράσινο καρβίδιο του πυριτίου (GSiC), το μαύρο καρβίδιο του πυριτίου (BSC) και το καρβίδιο του βολφραμίου (WC), αλλά η πιο διαδεδομένη ποιότητα που πωλείται είναι το κόκκινο-καφέ καρβίδιο του πυριτίου (RBSC), το οποίο παράγεται με την ανάμιξη καθαρής σκόνης καρβιδίου του πυριτίου με βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης μη οξειδίων για τη διαμόρφωση των επιθυμητών σχημάτων πριν από την πυροδότηση σε χημικά αδρανή μέσα για την πυροδότηση σε υψηλότερες θερμοκρασίες χωρίς απώλεια αντοχής ή ακεραιότητας. Το υλικό RBSC προσφέρει αυξημένη μηχανική αντοχή σε σχέση με το GSiC, ενώ είναι ικανό να λειτουργεί σε συνθήκες υψηλότερης θερμοκρασίας χωρίς να χάνει την αντοχή ή την ακεραιότητά του σε σχέση με το αντίστοιχο υλικό GSiC, επιτρέποντας τη λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να χάνει την αντοχή ή την ακεραιότητά του.

Συσκευές ημιαγωγών

Το καρβίδιο του πυριτίου, ή SiC, είναι ένα από τα σκληρότερα υλικά στον κόσμο - μόνο δεύτερο μετά το διαμάντι και το κυβικό νιτρίδιο του βορίου από άποψη σκληρότητας - καθιστώντας το εξαιρετική επιλογή για εφαρμογές που απαιτούν κεραμικά υψηλής απόδοσης.

Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των νανοκαλωδίων πυριτίου είναι επίσης εντυπωσιακές, με τάσεις διάσπασης και ονομαστικές τιμές ρεύματος που υπερβαίνουν πολλές συμβατικές διατάξεις ημιαγωγών. Αυτό τα καθιστά κατάλληλα για εφαρμογές υψηλών επιδόσεων, όπως συσκευές ισχύος και πομποί φωτός.

Από το 1893, το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) παράγεται μαζικά ως λειαντικό υλικό που βρίσκεται φυσικά στον μοισσανίτη. Η εμπορική παραγωγή ξεκίνησε λίγο αργότερα για χρήση ως λειαντικό στην κατεργασία σιδηρούχων μετάλλων, κεραμικών και άλλων δύσκολα κατεργαζόμενων υλικών, όπως φρένα και συμπλέκτες αυτοκινήτων και πλάκες για αλεξίσφαιρα γιλέκα.

Η πρόσμιξη επιτρέπει στους κρυστάλλους καρβιδίου του πυριτίου (SiC) να μεταβούν από την ηλεκτρική μόνωση στην αγωγιμότητα αναμειγνύοντας μικροσκοπικές προσμίξεις στο βασικό τους υλικό - συνήθως χρησιμοποιώντας άτομα-δότες όπως ο φώσφορος ή το αρσενικό με πέντε διαθέσιμα ηλεκτρόνια για να τα μοιραστούν μεταξύ όλων των ατόμων πυριτίου στη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος. Αφού προστεθούν, οι κρύσταλλοι SiC τύπου Ν μπορούν στη συνέχεια να κοπούν σε δίσκους και να κατασκευαστούν σε ηλεκτρονικές συσκευές στερεάς κατάστασης.

Χημική επεξεργασία

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC), ένα από τα σκληρότερα υλικά στη Γη, έχει σκληρότητα κατά Mohs 9 και ξεπερνά σε σκληρότητα μόνο το καρβίδιο του βορίου και το διαμάντι. Το SiC χρησιμοποιείται συνήθως σε λειαντικά και εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά λόγω της σκληρότητάς του, καθώς και σε πυρίμαχα και κεραμικά για την αντοχή του στις υψηλές θερμοκρασίες και τη θερμική διαστολή, ενώ οι ηλεκτρονικές συσκευές ημιαγωγών που απαιτούν υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας ή τάση μπορούν να αξιοποιήσουν τις μοναδικές του ιδιότητες.

Το καρβίδιο του πυριτίου εμφανίζεται στη φύση ως ορυκτό μοισσανίτης- ωστόσο, από το 1893 παράγεται μαζικά σε μορφή σκόνης για να χρησιμοποιηθεί ως λειαντικό. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί επίσης να συγκολληθεί σε εξαιρετικά σκληρά κεραμικά που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές με αυστηρές απαιτήσεις, όπως τα φρένα και οι συμπλέκτες αυτοκινήτων και οι πλάκες αλεξίσφαιρων γιλέκων. Επιπλέον, το υλικό αυτό μπορεί επίσης να κατασκευαστεί σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες ή τάσεις, όπως δίοδοι εκπομπής φωτός και ανιχνευτές.

Χημικά μιλώντας, το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα κράμα που αποτελείται από καθαρό πυρίτιο και άνθρακα και μπορεί να προστεθεί με άζωτο, φώσφορο ή βηρύλλιο για τη δημιουργία ημιαγωγών τύπου n ή p χρησιμοποιώντας χημική εναπόθεση ατμών (CVD). Τα πλακίδια SiC που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ημιαγωγών χρησιμοποιούν τη χημική εναπόθεση ατμών ως διαδικασία κατασκευής τους - γεγονός που καθιστά τη CVD έναν ανεκτίμητο τρόπο δημιουργίας πλακιδίων για αυτή την προηγμένη τεχνολογία κατασκευής. Επιπλέον, η υψηλή ποιότητα του φινιρίσματος της επιφάνειας, ο χαμηλός συντελεστής τριβής και το υψηλό σημείο τήξης καθιστούν το SiC ένα απαραίτητο υλικό που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές πυρίμαχων επιστρώσεων με λέιζερ καθώς και σε εφαρμογές οπτικών επιστρώσεων χάρη στην ακρίβεια της CVD κατά την κατασκευή πλακιδίων με χρήση της τεχνολογίας χημικής εναπόθεσης ατμών (CVD).