Mire használják a szilícium-karbidot?

A szilíciumkarbid egy csodálatos kerámia, amely számos hasznos tulajdonsággal rendelkezik, többek között szilárdsággal, keménységgel, tartóssággal, korrózióállósággal és elektromos vezetőképességgel.

Edward Acheson 1891-ben szintetizálta először mesterségesen a SiC-et. Bár ásványi megfelelője, a moissanit a természetben is létezik, a ma gyártott SiC nagy részét szintetikusan állítják elő karborundum néven.

Magas hőmérsékletű tűzálló anyagok

A szilíciumkarbid (SiC) egy rendkívül hasznos, többszörösen felhasználható, nem oxidkerámia anyag. Keménysége és hőállósága miatt gyakran alkalmazzák csiszolóanyagokban; hasonlóképpen a tűzálló anyagokat és kerámiákat is használják alacsony hőtágulási rátája és a termikus sokkokkal szembeni ellenállása miatt. A SiC továbbá a félvezetők közé is besorolható, mivel elektromos vezetőképességi jellemzői a fémek és a szigetelők között helyezkednek el.

A SiC a valaha ismert egyik legkeményebb szintetikus anyag, a Mohs-skála szerint a gyémánthoz közeli értékkel. Elsősorban csiszolóanyagként használják olyan megmunkálási eljárásokban, mint a homokfúvás, a csiszolás és a vízsugaras vágás, de alkalmazzák a karborundum-nyomtatásban is, amely során pasztát visznek fel egy alumíniumlemezre, majd kézi tintatollal kézzel tintáznak, hogy nyomtatott jeleket hozzanak létre a papíron.

A SiC rendkívül magas hőmérsékletet képes elviselni, így alkalmas az atomreaktorokban a falak sugárzás okozta károsodástól való védelmére, valamint acélgyártó kemencékben, kerámia- és tűzálló anyagok gyártási folyamataiban való felhasználásra.

A csiszolóanyagokban, kohászati és tűzálló anyagokban való felhasználásra szánt SiC előállításának modern módszerei közé tartozik a tiszta szilícium-dioxid-homok és a kokszban lévő szén keverékének előállítása egy elektromos ellenállású téglakemencében, és az elektromos áram átvezetése a vezetőn, hogy olyan kémiai reakciókat indítson el, amelyek a szilíciumkarbid két polytípusát képezik - az alfa SiC a wurtzithoz hasonló hexagonális kristályszerkezetű, míg a béta SiC a gyémánthoz hasonló cinkblende kristályszerkezetű.

Nagy teljesítményű mérnöki tevékenység

A SiC (szilíciumkarbid) egy szintetikusan előállított, szilíciumból és szénből álló kristályos vegyület, amelyet széles körben használnak csiszolóanyagként csiszolószerszámokban, vágószerszámokban, csiszolópapírban és csiszolókorongokban. Ezenkívül a SiC az ipari kemencék bélésének, valamint a szivattyúk és rakétahajtóművek kopásálló alkatrészeinek szerves alkotóelemeként szolgál, mivel kiválóan ellenáll a kopásnak, a vegyi anyagoknak, a magas hőmérsékletnek és a korróziónak.

A moissanitot eredetileg 1891-ben fedezték fel a természetben, mint ritka ásványt, és azóta mesterségesen szintetizálták és tömegesen gyártják csiszolóanyagként. A szinterezéssel nagyon kemény kerámiaanyagokat is elő lehet állítani, amelyeket autók féktárcsáiban és tengelykapcsolóiban, valamint moissanitból készült kerámialemezekből készült golyóálló mellénylemezekben használnak. Ezenkívül ez az anyag szerves részét képezi a napjainkban a teljesítményelektronikai ágazatot forradalmasító, fejlett áramellátó eszközöknek.

A szilíciumkarbidot különböző minőségekben lehet megvásárolni, az alkalmazás speciális tulajdonságaitól függően. A leggyakoribb lehetőségek közé tartozik a zöld szilíciumkarbid (GSiC), a fekete szilíciumkarbid (BSC) és a volfrámkarbid (WC), de a legszélesebb körben értékesített minőség a vörös-barna szilíciumkarbid (RBSC), amelyet tiszta szilíciumkarbid por és nem oxid szinterelési segédanyagok keverésével állítanak elő a kívánt alakzatok kialakításához, mielőtt kémiailag inert közegben égetnék ki a magasabb hőmérsékleten történő kiégetéshez anélkül, hogy az szilárdság vagy integritás csökkenne. Az RBSC anyag a GSiC-hez képest megnövelt mechanikai szilárdságot kínál, miközben képes magasabb hőmérsékleti körülmények között is működni anélkül, hogy szilárdságát vagy integritását elveszítené, mint a GSiC anyag, amely lehetővé teszi a magas hőmérsékleten való működést szilárdság vagy integritás elvesztése nélkül.

Félvezető eszközök

A szilíciumkarbid vagy SiC a világ egyik legkeményebb anyaga - keménységét tekintve csak a második a gyémánt és a köbös bór-nitrid után -, így kiváló választás a nagy teljesítményű kerámiákat igénylő alkalmazásokhoz.

A szilícium nanodrótok elektromos tulajdonságai is lenyűgözőek, az átütési feszültségek és áramerősségek meghaladják sok hagyományos félvezető eszközét. Ez alkalmassá teszi őket olyan nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, mint az energiaellátó eszközök és a fénykibocsátók.

A szilíciumkarbidot (SiC) 1893 óta tömegesen gyártják, mint a moissanitban természetesen megtalálható csiszolóanyagot. A kereskedelmi gyártás nem sokkal később kezdődött meg, hogy csiszolóanyagként használják vasfémek, kerámiák és más nehezen megmunkálható anyagok, például autófékek és tengelykapcsolók, valamint golyóálló mellények lemezei megmunkálásához.

A dúsítás lehetővé teszi a szilíciumkarbid (SiC) kristályok számára, hogy az elektromos szigetelésből vezetőképessé váljanak azáltal, hogy apró szennyeződéseket kevernek az alapanyagukba - általában olyan donoratomokat használnak, mint a foszfor vagy az arzén, amelyek öt rendelkezésre álló elektront osztanak meg a kristályrács szerkezetében lévő összes szilíciumatom között. Az N-típusú SiC-kristályok az adalékolás után szeletekre vághatók, és szilárdtest-elektronikai eszközökké gyárthatók.

Kémiai feldolgozás

A szilíciumkarbid (SiC), a Föld egyik legkeményebb anyaga, Mohs-féle 9-es keménységi besorolással büszkélkedhet, és keménység tekintetében csak a bórkarbid és a gyémánt előzi meg. A SiC-t keménysége miatt általában csiszolóanyagokban és kopásálló alkatrészekben, valamint tűzálló anyagokban és kerámiákban használják a magas hőmérséklettel és hőtágulással szembeni ellenállása miatt, míg a magas üzemi hőmérsékletet vagy feszültséget igénylő félvezető elektronikai eszközök kihasználhatják egyedülálló tulajdonságait.

A szilíciumkarbid a természetben moissanit ásvány formájában fordul elő, 1893 óta azonban tömegesen gyártják por alakban, hogy csiszolóanyagként használják. Ezenkívül a szilíciumkarbidot rendkívül kemény kerámiákká is össze lehet kötni, amelyeket szigorú követelményeket támasztó alkalmazásokban, például autófékekben és tengelykapcsolókban, valamint golyóálló mellénylemezekben használnak. Ezen túlmenően ebből az anyagból magas hőmérsékleten vagy feszültségen működő elektronikus alkatrészek, például fénykibocsátó diódák és detektorok is készíthetők.

Kémiai értelemben a szilíciumkarbid (SiC) tiszta szilíciumból és szénből álló ötvözet, amelyet nitrogénnel, foszforral vagy berilliummal lehet adalékolni, hogy n-típusú vagy p-típusú félvezetőket hozzanak létre kémiai gőzfázisú leválasztással (CVD). A félvezetőgyártáshoz használt SiC-lapkák előállításához a kémiai gőzfázisú leválasztást használják - így a CVD felbecsülhetetlen értékű módszer e fejlett gyártási technológia lapkáinak előállítására. Ezen túlmenően a SiC magas felületi minőségének, alacsony súrlódási együtthatójának és magas olvadáspontjának köszönhetően a SiC nélkülözhetetlen anyag, amelyet a lézer alapú tűzálló bevonatok, valamint az optikai bevonatok alkalmazásánál használnak, köszönhetően a CVD pontosságának a kémiai gőzfázisú leválasztási technológiával (CVD) történő ostyák gyártásakor.