Piikarbidin ominaisuudet

Piikarbidi on erittäin sitkeä ja kestävä oksiditon keraaminen materiaali, jolla on monia toivottavia ominaisuuksia. Se kestää äärimmäistä mekaanista rasitusta ja painetta murtumatta paineen alaisena; lisäksi sen erinomaiset korroosiosuojaominaisuudet suojaavat komponentteja aggressiivisilta hapoilta tai emäksisiltä kemikaaleilta, jotka voivat syövyttää komponentteja.

Elektroniikan sovelluksissa safiirin puolijohdeominaisuudet tekevät siitä korvaamattoman arvokkaan: sen suurjännitesietokyky on kymmenkertainen piihin verrattuna. Typen ja fosforin lisääminen tuottaa n-tyypin puolijohteita; alumiini, boori ja gallium ovat ihanteellisia vaihtoehtoja p-tyypin puolijohteiden tuottamiseksi.

Korkea lujuus

Piikarbidi (SiC) on inertti materiaali, joka koostuu kemiallisella sidoksella kovalenttisesti toisiinsa sitoutuneista hiili- ja piiatomeista. Sitä esiintyy luonnossa moissanitina, mutta sitä on tuotettu massatuotantona vuodesta 1893 lähtien jauheena ja kiteinä hioma- ja tulenkestäviin tuotteisiin. SiC on yksi kehittyneiden keraamisten materiaalien korkeimmista lujuuksista; sitä käytetään laajalti autojen jarruissa, kytkimissä ja luotiliiveissä sen kestävyyden vuoksi, ja se on erittäin korroosionkestävä ja lämpötiloja sietävä.

SiC on tekninen keraaminen materiaali, jonka vetolujuus on verrattavissa teräkseen, ja sen murtumismoduuli on suurempi kuin minkään muun kuin oksidisen teknisen keraamisen materiaalin. Erinomaisen kemiallisen inertisyytensä ansiosta SiC kestää altistumista voimakkaille hapoille ja emäksille ja soveltuu sovelluksiin, joissa niitä esiintyy.

SiC:llä tiedetään olevan kehittyneistä keraameista ylivoimainen eroosionkestävyys ja alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalivalinnan kemiantehtaissa, myllyissä, paisuttimissa ja ekstruudereissa sekä ekstruuderin suuttimissa käytettäviin komponentteihin. SiC:llä on myös korkea kulumis- ja kulutuskestävyys korkeissa lämpötiloissa sekä erinomainen korroosion ja kemiallisten aineiden kestokyky sekä kyky kestää mekaanisia iskuja, minkä vuoksi se on välttämätön monissa teknisissä laitteissa, kuten BepiColombo-ohjelman avaruusalusten instrumenteissa ja Elohopean ympäristölle altistuvissa aurinkopaneeleissa. Lisäksi SiC:llä on 10 kertaa vahvempi sähkökentän läpilyöntivoima kuin piillä, joten saman kestävyysjännitteen saavuttamiseksi tarvitaan vähemmän kytkentävastusta.

Korkean lämpötilan kestävyys

Piikarbidi (SiC) on inertti keraaminen materiaali, jolla on vahva mekaaninen lujuus ja erinomaiset lämpöshokkien kestävyysominaisuudet ja joka on myös erittäin kemikaalinkestävä ja tarjoaa korroosionkestäviä ratkaisuja erilaisissa teollisuusympäristöissä. SiC voidaan helposti muotoilla vahvoiksi tuotteiksi, jotka valmistetaan kaupalliseen ja sotilaskäyttöön ja joilla on poikkeuksellinen lujuus jopa 1400 celsiusasteen lämpötiloissa menettämättä mekaanista lujuuttaan tai muuttumatta lämpöshokkiherkäksi; lisäksi se kestää erilaisten aineiden ja aineiden aiheuttamaa korroosiota.

SiC on monipuolinen materiaali, jolla on poikkeukselliset fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, minkä ansiosta se soveltuu lukuisiin teollisiin käyttötarkoituksiin. Fysikaalis-kemialliset ominaisuudet tekevät SiC:stä ihanteellisen materiaalin aina hiomalaikoista ja työstökoneista luodinkestäviin liiveihin. SiC soveltuu erityisen hyvin lämmönkestäviin sovelluksiin, kuten pumppujen laakereihin, venttiileihin ja hiekkapuhallussuuttimiin, puhumattakaan siitä, että se on korvaamaton komponentti ilmailu- ja avaruussovelluksissa, koska se kestää avaruudessa vallitsevia äärimmäisiä lämpötiloja ja säteilytasoja.

SiC on keraaminen puolijohde-hybridimateriaali, joten se on täydellinen materiaali keraamisten ja puolijohdeominaisuuksien yhdistämiseen suurnopeus- ja korkeajännitelaitteissa. Erinomaisen korkean lämpötilan kestävyytensä ja iskunvaimennusominaisuuksiensa ansiosta SiC:stä voidaan valmistaa myös sähköajoneuvojen latausasemia, aurinkovaihtosuuntaajia ja energian varastointijärjestelmiä. Lisäksi sen kompakti luonne auttaa pienentämään kokoa ja painoa, mikä parantaa sähköautojen ajomahdollisuuksia suuremmilla etäisyyksillä.

Korkea lämmönjohtavuus

Piikarbidi (SiC tai karborundi) on pii- ja hiiliatomeista koostuva epäorgaaninen kemiallinen yhdiste, joka esiintyy luonnossa jalokivinä kuten moissanite; tämän kovan kemiallisen materiaalin jauhe- ja kidemuotoja valmistetaan kuitenkin kaupallisesti käytettäväksi hioma-aineena sekä lisättäväksi tulenkestäviin keraamisiin sovelluksiin, joita käytetään autojen jarruissa, kytkimissä ja luodinkestävissä liiveissä - tai itse puolijohdekomponentteihin.

Korkean lämmönjohtavuuden ansiosta nämä materiaalit pystyvät siirtämään lämpöä tehokkaasti jopa äärimmäisissä lämpötiloissa, mikä tekee niistä olennaisen osan elektroniikkamateriaaleista, jotka auttavat pienentämään tehohäviöitä siirtämällä tehokkaasti lämpöä alueiden välillä - erityisen edullinen ominaisuus, kun niitä seostetaan typellä, fosforilla, berylliumilla, alumiinilla tai galliumilla n- ja p-tyypin puolijohteiden luomiseksi.

Lisäksi materiaalilla on alhainen lämpölaajenemiskerroin, mikä tarkoittaa, että se ei laajene tai supistu merkittävästi äkillisissä lämpötilan muutoksissa, mikä auttaa vähentämään murtumia ja halkeilua äkillisissä lämpötilan muutoksissa.

Piikarbidin ominaisuuksien yhdistelmä - korkea lujuus ja kestävyys, lämmönjohtavuus ja nopea lämmönsiirto - tekee siitä erinomaisen materiaalivalinnan sellaisten elektronisten laitteiden valmistukseen, joiden on kestettävä haastavia ympäristöjä, kuten sähköajoneuvoja ja aurinkosähköinverttereitä, jotka tuottavat paljon lämpöä. Näissä tapauksissa lämmön on haihduttava nopeasti, jotta se ei ylikuumene ja aiheuta pitkäaikaista suorituskyvyn heikkenemistä.

Korkea korroosionkestävyys

Piikarbidilla on poikkeuksellinen korroosionkestävyys erilaisissa ympäristöissä, erityisesti happamia yhdisteitä sisältävissä ympäristöissä, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin vaativiin sovelluksiin, kuten hioma- ja leikkuutyökaluihin, rakennemateriaaleihin (luodinkestävät liivit / komposiittipanssarit), autonosiin ja salamanpoistajiin.

Piikarbidin vahvuus perustuu sen kiderakenteeseen, joka koostuu pii- ja hiiliatomeista, jotka ovat tiukasti sidoksissa ristikkorakenteeseen. Lisäksi tällä materiaalilla on suuri murtumissitkeys. Lisäksi kemiallisen inerttiyden ansiosta se kestää erittäin epäsuotuisat ympäristöolosuhteet lujuudesta tai luotettavuudesta tinkimättä.

Piikarbidin korroosionkestävyyttä parantaa sen tiheä piidioksidia sisältävä suojakerros, joka estää happea tunkeutumasta sen sisälle ja suojaa sitä happamilta tai emäksisiltä aineilta, jotka saattavat vaikuttaa siihen.

SiC:n laajan kaistavälin puolijohdeominaisuuksien ansiosta se kestää myös sähkökenttiä paremmin kuin tavallinen pii, mikä pienentää energianhäviöitä ja parantaa järjestelmän hyötysuhdetta tehonmuuntojärjestelmissä.

SiC on erinomainen materiaali, jonka sähkönjohtavuutta voidaan säätää seostamalla sitä alumiini-, boori-, gallium- tai typpiatomeilla, jolloin sen sähkönjohtavuus on helposti muunneltavissa ja suprajohtavuus mahdollista lisämuutoksilla - tämä tekee siitä korvaamattoman arvokkaan materiaalin elektronisissa piireissä, kuten suuritehoisissa diodeissa ja anturilaitteissa.

Erittäin hankaava

Piikarbidi on piistä ja hiilestä koostuva oksiditon keraaminen aine, jonka Edward Goodrich Acheson syntetisoi ensimmäisen kerran keinotekoisesti vuonna 1891, ja siitä lähtien siitä on tullut hiekkapaperin ja hiomapyörien pääainesosa sekä teollisuuden uunien tulenkestävien vuorausten ja leikkuutyökalujen päällysteiden valmistuksessa käytetty aine. Viime aikoina sitä on käytetty myös valodiodien (LED) puolijohdealustojen valmistuksessa.

SiC on laajakaistainen puolijohde, mikä tarkoittaa, että se vaatii enemmän energiaa elektronien siirtämiseen johtokaistalleen kuin pii (Si). Tämän eron ansiosta SiC kestää suurempia läpilyöntisähkökenttiä ja kytkeytyy nopeammin - kaksi nykyaikaisten tehonmuuntosovellusten keskeistä vaatimusta.

Nitridiin sitoutunut piikarbidi on myös osoittanut maaperätesteissä ylivoimaisia kulumisenesto-ominaisuuksia, jotka ovat muita pintakerrosmateriaaleja paremmat, sillä sen kulumiskestävyysindeksit ovat alhaisemmat kuin teräksen - viisi kertaa suuremmat raskaissa maaperäolosuhteissa kuin keskiraskaissa ja kevyissä olosuhteissa. Tämä viittaa siihen, että se voi korvata teräksen useimmissa maaperän työstösovelluksissa.

Erittäin kova

Piikarbidi (SiC) on yksi kovimmista tunnetuista materiaaleista, sillä sen Mohsin kovuusluokitus on 9. Sen kovuusluokitus on vain timantin ja boorikarbidin veroinen. Kovuutensa ansiosta SiC kestää erinomaisesti kulutusta ja kulumista, minkä vuoksi se soveltuu mekaanisiin tiivisteisiin, leikkaustyökaluihin ja muihin teollisiin sovelluksiin, joihin kohdistuu suurempia fyysisiä rasituksia tai paineita.

SiC on erinomainen lämpöjohdin, joka kestää korkeita lämpötiloja ja pysyy samalla lujana. Yhdessä sen kemiallisen kestävyyden ja neutronien absorptiokyvyn kanssa SiC on ihanteellinen materiaali moniin ydinvoima- ja vaativiin kemiallisiin ympäristöihin.

SiC:tä pidetään usein huonompana kilpailijana kuin boorikarbidia (B4C), koska sen sähkönjohtavuus on alhaisempi. Tämä ero johtuu pääasiassa siitä, että B4C on eriste, kun taas SiC on täysin puolijohdemateriaali.

SiC:n ainutlaatuinen ominaisuusyhdistelmä on tehnyt siitä ensisijaisen materiaalin korkean suorituskyvyn teknisissä sovelluksissa, kuten puhallussuuttimissa, syklonikomponenteissa ja pumppujen laakereissa. Väsymis- ja murtumissitkeys, kemiallinen inerttiys, alhainen lämpölaajenemiskerroin ja korkea sulamispiste mahdollistavat sen, että se kestää jopa äärimmäisiä ja vaativia olosuhteita ilman, että se murtuu rasituksessa.