Szilícium-karbid Sűrűség

A szilícium az elektronika területén a leggyakrabban használt félvezető anyag, de szűk sávrésének köszönhetően alkalmazása az energiaiparban korlátozott. A szilícium-karbid (SiC) viszont sokkal szélesebb sávréssel rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy magasabb hőmérsékleten és feszültség mellett is jól teljesítsen.

A SiC az egyik legkeményebb anyag, keménységét tekintve csak a gyémánt és a köbös bór-nitrid múlja felül. Bár a SiC nyers vagy elősütött állapotban is megmunkálható, a szigorú tűréshatárok elérése érdekében a megmunkálás vagy a további megmunkálás előtt először teljes mértékben szinterelni kell.

Térfogatsűrűség

A szilícium-karbid (SiC) egy kemény, szilíciumból és szénből álló vegyület, amely természetes formában a moissanit nevű drágakőként fordul elő; azonban gyakrabban állítják elő szintetikusan por és kristály formájában, hogy csiszolóanyagként, félvezetőként, drágakőként megmunkálva, golyóálló mellénylemezként vagy más, nagy kopásállóságot igénylő ipari célokra használják.

A tiszta szilícium-karbid színtelen; az ipari gyártás során a vas-szennyeződések miatt jellegzetes barna vagy fekete árnyalatot kap. A SiC-kristályokban megfigyelhető színjáték a vékonyréteg-interferencia hatásának eredménye; színe tovább fokozható nitrogénnel vagy foszforral történő adalékolással (n-típusú elemek), illetve berilliummal, bórral, alumíniummal vagy galliummal történő adalékolással (p-típusú adalékanyagok), amelyek a vezetőképességet növelik.

Anyagleírás: A WaferCrete® (WC) egy rendkívül sűrű, kristályszerkezetű anyag, amelynek köszönhetően gyakorlatilag lehetetlen összetörni. Ezen felül alacsony porozitása révén képes ellenállni a magas hőmérsékletnek, miközben nyomószilárdsága minden betonkeveréskor növekszik; megállapították, hogy jelenléte jelentősen csökkenti a vízáteresztő képességet.

Bebizonyosodott, hogy mind a WC, mind a SiC hozzáadása jelentősen növeli a beton hajlítószilárdságát. Az ANOVA-elemzés megerősítette ezt a hatást, mivel a WC jobban ellenáll a repedések terjedésének, miközben kristályszerkezete nem annyira rugalmas.

Készülék sűrűsége

A szilícium-karbid (SiC) egy olyan mesterséges anyag, amely kiváló magas hőmérsékleti szilárdsággal és hővezető képességgel rendelkezik. Rendkívül alacsony hőtágulási együtthatója miatt a SiC számos igényes alkalmazásban felhasználható: a csiszolóanyagoktól és acéladalékanyagoktól kezdve a nitrogénnel vagy foszforral dúsított, n-típusú félvezetőként használt változatokig, illetve a berilliummal, bórral vagy alumíniummal dúsított, p-típusú félvezető gyártásához használt változatokig.

A szilícium-karbid egyedülálló tulajdonságai miatt ideális anyag a nagyfeszültségű teljesítményelektronikai eszközökhöz, ideértve a gyakran magas feszültségigényű elektromos járműveket is. A szilíciumhoz képest jóval szélesebb sávrésével és kiváló hővezető képességével a szilícium-karbid magasabb feszültségű működést tesz lehetővé, miközben hatékonyabban vezeti el a hőt – ezek a tulajdonságok teszik különösen alkalmassá elektromos járművek akkumulátorainak gyártásához.

A Saint-Gobain az iparágban elismert szilícium-karbid kerámiatermék-portfóliót kínál, amely többek között többrétegű, egyrétegű és tetraéderes termékeket tartalmaz. Ezeket a kerámiákat reakciókötéses és szinterelési technikákkal állítják elő; mikroszerkezetük határozza meg kémiai, termomechanikai és mechanikai tulajdonságaikat – ezt a tudást alkalmaztuk olyan megoldások kidolgozásakor, amelyek számos igényes alkalmazási területet szolgálnak ki.

Látszólagos sűrűség

Egy anyag látszólagos sűrűsége a szilárd anyag térfogategységre jutó tömegét jelenti, beleértve a részecskék közötti levegő- vagy gázrések tömegét is; mértékegysége kilogramm/köbméter, troy-uncia/köbláb vagy más egyedi mértékegység. Általában porok és laza szerkezetű anyagok, például tejpor esetében mérik.

A tűzálló kerámia az egyik legsokoldalúbb ipari cermet, amely kiváló magas hőmérsékleti szilárdsága és hőmérsékleti sokkállósága révén számos iparágban megtalálja alkalmazását. Ezen felül korrózió- és kopásállósága miatt kiváló választás magas hőmérsékletű környezetekben.

A szilícium nem éghető és kémiailag inert anyag; vízben oldhatatlan, de lúgokban és vasoldatokban oldódik. Jellegzetes kékes-fekete színével és éles széleivel a szilíciumnak számos alkalmazási területe van a fénykibocsátó diódák (LED) és a rádiódetektorok területén. A moissanit nevű szintetikus drágakő összetevőjeként (amelyet a NASA fejlesztett ki, miután felfedezte, hogy a szilícium alkalmas fénykibocsátó diódákban és kristályrádió-detektorokban való felhasználásra) a szilícium színt is kölcsönöz a fénykibocsátó diódáknak és a kristályrádió-detektoroknak.

A fokozatosan összenyomott SiC-mintákat különböző nyomás- és hőmérsékleti körülmények között vizsgálták, ideértve a lézerrel fűtött gyémántütőcellákat (blue20 és black18 görbék), valamint az első elvek szerinti számításokat (a 3. kiegészítő táblázat narancssárgával árnyalt területe). A B3–B1 átmenetnél mért sűrűségeket és rács-d-távolságokat összehasonlítottuk az üllőcellák lézeres melegítésével kapott kísérleti adatokkal (blue20 és black18 görbék) és az első elvek szerinti számításokkal (narancssárgával árnyékolt terület). A mért értékek kiválóan egyeztek.

Fajsúly

A szilícium-karbid (SiC) az egyik legkönnyebb és legkeményebb kerámiaanyag. Széles sávrésével és magas hővezető képességével a SiC ideális olyan alkalmazásokhoz, amelyek magas hőmérsékleten alacsony ellenállást igényelnek, ugyanakkor könnyen megmunkálható.

A SiC rendkívül magas kopásállóságáról ismert, ezért ideális bélésanyagként szivattyúkamrákban és ciklonokban, valamint a bányászati tevékenységek során használt járókerekekben és garatokban. Ezenkívül a SiC-ből készült sugárhajtómű-fúvókákban is gyakran alkalmazzák a SiC-t, mivel ez a anyag képes ellenállni a magas hőmérsékletű, nagy nyomású és kopásnak kitett környezeteknek anélkül, hogy eróziós károsodást szenvedne.

A SiC-t egykristályként lehet előállítani, amelyből órákban és golyóálló mellényekben használt moissanit drágaköveket állítanak elő, valamint por és nagy szemcseméretű formában is előállítható, csiszolóanyagként való felhasználásra. A SiC-t továbbá össze is lehet szinterelni, így rendkívül tartós kerámiák készülhetnek belőle, amelyeket vágószerszámokként, például fúrófejekként használnak.

Az anyaggal való kémiai érintkezés szagtalan és íztelen, mégis bőrirritációt és szemirritációt okozhat. A Nemzetközi Rákkutatási Ügynökség (IARC) osztályozási rendszerének megfelelően az anyaggal való érintkezés valószínű (2a) vagy lehetséges (2b) humán karcinogenitást eredményezhet; a kísérleti állatoknál a tünetek gyakran az expozíciót követő 15 év után jelentkeznek.