Ορισμός καρβιδίου του πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι μια κρυσταλλική ένωση που αποτελείται από πυρίτιο και άνθρακα και χρησιμοποιείται συνήθως ως λειαντικό υλικό, υλικό ημιαγωγών και για τις θερμικές και μηχανικές του ιδιότητες. Το SiC είναι επίσης ένα εξαιρετικό υλικό υψηλής τάσης, το οποίο συμβάλλει στη μείωση τόσο του μεγέθους όσο και του βάρους όταν πρόκειται για συστήματα ηλεκτρονικών ισχύος ηλεκτρικών οχημάτων.

Ο συνθετικός μοισσανίτης μπορεί επίσης να εμφανιστεί στη φύση με τη μορφή του σπάνιου ορυκτού μοισσανίτη. Ένα σκληρό, ανθεκτικό υλικό με βαθμολογία 8-9 Mohs που πλησιάζει τη σκληρότητα του διαμαντιού.

Είναι ένα κρυσταλλικό υλικό

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα μη οξειδωτικό κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά λόγω της σκληρότητάς του, σε πυρίμαχα υλικά και κεραμικά λόγω της θερμικής του αντοχής, σε ηλεκτρονικές συσκευές λόγω της ανώτερης απόδοσης από το πυρίτιο σε περιβάλλοντα υψηλής τάσης, καθώς και σε ηλεκτρονικά ισχύος που λειτουργούν σε υψηλότερες τάσεις και ταχύτητες. Καθώς διαθέτει ευρύτερο χάσμα ζώνης από τα αντίστοιχα του πυριτίου, το SiC μπορεί επίσης να βρεθεί ως ημιαγωγικό υλικό σε εφαρμογές ηλεκτρονικών ισχύος.

Το SiC είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα και πυριτίου που του προσδίδουν απίστευτη αντοχή, δεύτερη μόνο μετά το καρβίδιο του βορίου και το διαμάντι όσον αφορά την απίστευτη αντοχή του. Χημικά αδρανές και ανθεκτικό στη διάβρωση, ακόμη και όταν θερμαίνεται σε διαλύματα υδροχλωρικού ή θειικού οξέος, το SiC παρουσιάζει επίσης εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα που του επιτρέπει να διατηρεί θερμοκρασία περιβάλλοντος για σκοπούς μακροχρόνιας αποθήκευσης.

Το SiC μπορεί να παραχθεί είτε με την αντίδραση ατόμων Si με άνθρακα σε αντιδραστήρα φυσικής εναπόθεσης ατμών είτε με πυροσυσσωμάτωση καθαρής σκόνης χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους διαμόρφωσης κεραμικών. Η επιλογή της μεθόδου σχηματισμού επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την τελική μικροδομή του - με τις ποικιλίες που συνδέονται με αντίδραση (α-SiC) και που πυροσυσσωματώνονται (4H-SiC) να έχουν διαφορετικές φυσικές ιδιότητες.

Είναι λειαντικό

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι μια σκληρή και σκληρή κεραμική ουσία που χρησιμοποιείται ως αποτελεσματικό λειαντικό. Το γεγονός ότι είναι σκληρότερο και πιο κοφτερό από το οξείδιο του αλουμινίου καθιστά το καρβίδιο του πυριτίου ιδανική επιλογή για τη λείανση σκληρών υλικών όπως τα μη σιδηρούχα μέταλλα και ορισμένα ξύλα- επιπλέον, λειτουργεί καλά σε εφαρμογές υγρής στίλβωσης.

Το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) δημιουργείται με την αντίδραση και πυρολύση ενός μείγματος πυριτίου και άνθρακα σε ηλεκτρικό κλίβανο. Μόλις δημιουργηθεί, το υλικό αυτό διατίθεται σε διάφορες αποχρώσεις από μαύρες ή πράσινες και μπορεί ακόμη και να προστεθεί άζωτο ή βόριο για να μετατραπεί η συμπεριφορά του σε αυτή ενός ημιαγωγού.

Το υλικό καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί από διάφορες βιομηχανίες λόγω της ανθεκτικότητας και άλλων ιδιοτήτων του, ιδίως σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή αντοχή, όπως οι κεραμικές πλάκες αλεξίσφαιρων γιλέκων. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει υψηλή θερμική και χημική αντοχή καθώς και χαμηλή θερμική διαστολή σε σύγκριση με παρόμοια λειαντικά όπως το καρβίδιο του βολφραμίου ή το διαμάντι.

Είναι ένας ημιαγωγός

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό με βαθμό σκληρότητας εννέα στην κλίμακα Mohs, που το τοποθετεί μεταξύ της αλουμίνας στο εννέα και του διαμαντιού στο 10. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής και μεγάλη αντοχή στο θερμικό σοκ - χαρακτηριστικά που το καθιστούν κατάλληλο για ηλεκτρονικά ισχύος, όπως οι αντιστροφείς που χρησιμοποιούνται στους αντιστροφείς έλξης των ηλεκτρικών οχημάτων - το ευρύ χάσμα ζώνης του επιτρέπει να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια πιο αποτελεσματικά από τις παραδοσιακές διατάξεις πυριτίου.

Το καρβίδιο του πυριτίου διαφέρει από τον μοισσανίτη στο ότι μπορεί να μετατραπεί σε κεραμικά με πυροσυσσωμάτωση των κόκκων του με διάφορους διμερείς παράγοντες υπό υψηλές θερμοκρασίες και πίεση, επιτρέποντας τη μαζική παραγωγή του ως λειαντικό από το 1893, το οποίο χρησιμοποιείται συχνά σε εφαρμογές που απαιτούν μεγάλη αντοχή, όπως τα φρένα ή οι συμπλέκτες αυτοκινήτων, οι δίοδοι εκπομπής φωτός (LED) και οι ανιχνευτές σε ηλεκτρονικές συσκευές ημιαγωγών.

Το SiC μπορεί να βρεθεί σε διάφορα πολυμορφήματα με διακριτές κρυσταλλικές δομές και φυσικές ιδιότητες. Οι ηλεκτρονικές εφαρμογές ευνοούν συνήθως τον πολυμορφότυπο 4H-SiC με εξαγωνική κρυσταλλική δομή που μοιάζει με Wurtzite ή zinc blende.

Είναι ένα υλικό υψηλής θερμοκρασίας

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα μη οξειδωτικό κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως για μηχανικές εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας και για την κατασκευή ηλεκτρονικών, συμπεριλαμβανομένων των ημιαγωγών. Το SiC διαθέτει εξαιρετικά υψηλό σημείο τήξης με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, καθώς και χημικά αδρανές, ενώ η αντοχή, η σκληρότητα και η ανθεκτικότητά του το καθιστούν χρήσιμο σε εφαρμογές όπως η αμμοβολή που απαιτεί πυρίμαχα υλικά υψηλής αντοχής σε εφελκυσμό, όπως τα τοιχώματα των κλιβάνων των λεβήτων, τα μουλωχτά από τούβλα ντάμας και οι ράγες ολίσθησης των κλιβάνων.

Το καρβίδιο του πυριτίου (Carborundum) είναι ένα σκληρό και εύθραυστο ορυκτό που αποτελείται από τετράεδρα πυριτίου και άνθρακα τοποθετημένα τετραεδρικά. Βρίσκεται μόνο σε ίχνη σε μετεωρίτες και κοιτάσματα κιμπερλίτη, το SiC παράγεται γενικά συνθετικά για βιομηχανική χρήση. Το SiC είναι τυπικά μονωτής στην καθαρή του κατάσταση, αλλά μπορεί να προστεθεί για να παρουσιάσει ημιαγώγιμες ιδιότητες με πρόσμιξη με προσμίξεις για τον έλεγχο της αγωγιμότητας, της πολικότητας και της αγωγιμότητας, επιτρέποντάς του να ενεργεί ως διάταξη φορέα ηλεκτρονίων σε ηλεκτρονικά κυκλώματα όπως τρανζίστορ με επαφή p-n, δίοδοι φραγμού Schottky και MOSFET.

Είναι υλικό υψηλής τάσης

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα εξαιρετικά ανθεκτικό μη οξειδωτικό κεραμικό με πολλές επιθυμητές ιδιότητες. Μεταξύ αυτών, το SiC είναι ιδανικό για εφαρμογές υψηλής τάσης, συμπεριλαμβανομένης της τροφοδοσίας ηλεκτρικών οχημάτων- το χάσμα ζώνης του είναι ευρύτερο από τους περισσότερους ημιαγωγούς πυριτίου, καθιστώντας το καταλληλότερο για υψηλότερες τάσεις.

Το καρβίδιο του πυριτίου (CNC) είναι ένα από τα σκληρότερα υλικά που έχουν δει ποτέ το φως της δημοσιότητας και απαιτεί λεπίδες με διαμάντια για ακριβείς κοπές. Επιπλέον, η θερμική αγωγιμότητά του ενισχύει την αποδοτικότητα, ενώ μειώνει το μέγεθος της μπαταρίας σε ένα όχημα.

Η σύγχρονη παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου περιλαμβάνει την άλεση του καθαρού SiC σε μορφή σκόνης, την ανάμιξή του με μη οξειδωτικά βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης και τη συμπίεσή του σε θερμοκρασία και πίεση. Η χημική εναπόθεση ατμών μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως μέρος της κατασκευής πλακών πυριτίου- αυτό απαιτεί μεγάλες ποσότητες ενέργειας, εξοπλισμού και γνώσεων. Η αρχική διαδικασία του Acheson παραμένει σήμερα το πρότυπο για την κατασκευή συνθετικού καρβιδίου του πυριτίου.

Είναι ένα υλικό υψηλής απόδοσης

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα αδρανές κεραμικό με πολυάριθμες ευεργετικές ιδιότητες που το καθιστούν περιζήτητο σε βιομηχανικές εφαρμογές, από τα φρένα και τους συμπλέκτες των αυτοκινήτων μέχρι τα αλεξίσφαιρα γιλέκα. Το καρβίδιο του πυριτίου προσφέρει ανώτερη αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, λειαντικές συνθήκες, χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής, καθώς και μεγάλη αντοχή στη διάβρωση. Η ευελιξία του καρβιδίου του πυριτίου έχει δει πολλές βιομηχανικές χρήσεις κατά τη διάρκεια της ιστορίας του, συμπεριλαμβανομένων των τακακιών φρένων και των αλεξίσφαιρων γιλέκων.

Παράγεται μέσω θέρμανσης ενός μείγματος πυριτικής άμμου και άνθρακα σε φούρνο τύπου ηλεκτρικής αντίστασης από τούβλα με τη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος, μπορεί να παραχθεί καρβίδιο πυριτίου. Μόλις παραχθεί, μπορούν να δημιουργηθούν φωτεινοί πράσινοι κρύσταλλοι που μοιάζουν με διαμάντι, οι οποίοι μπορούν στη συνέχεια να καθαριστούν για να παραχθεί καρβίδιο πυριτίου ημιαγωγού.

Οι ημιαγωγοί καρβιδίου του πυριτίου διαθέτουν μεγαλύτερα χάσματα ζώνης από τους αντίστοιχους του πυριτίου, επιτρέποντας στα ηλεκτρονικά συστήματα να λειτουργούν σε υψηλότερες τάσεις και συχνότητες χωρίς να διακυβεύεται η αξιοπιστία τους - ένα χαρακτηριστικό που τα έχει καταστήσει δημοφιλή επιλογή σε εφαρμογές υψηλής ισχύος, όπως τα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος για ηλεκτρικά οχήματα και τα όργανα στα οχήματα και τους διαστημικούς ανιχνευτές.