Szilícium-karbid CTe

A szilíciumkarbid cte az egyik legkönnyebb, legkeményebb és legerősebb kerámiaanyag a piacon. Kiváló ellenállást biztosít a savakkal szemben, valamint alacsony hővezető képességet és hőtágulási sebességet, és hőtágulási problémák nélkül képes ellenállni a szélsőséges hőmérsékleteknek.

A kristályos grafén réteges kristályszerkezetű, és többféle polytípusban létezik, amelyek csak a rétegek egymásra helyezésének sorrendjében különböznek. Mindegyiknek sajátos elektronikus sávhézaga van; e módosulatok közül a béta-modifikáció rendelkezik különösen vonzó tulajdonságokkal.

Mechanikai tulajdonságok

A szilícium-karbid (SiC) egy rendkívüli műszaki kerámia, amely a modern technológiai alkalmazásokban nélkülözhetetlen anyaggá vált. Ez a fekete-szürkétől a szürkéig terjedő színű anyag azzal tűnik ki, hogy sűrűbb, mint sok közönséges kerámia, de kevésbé sűrű, mint sok fém; a kiváló mechanikai tulajdonságokkal és hőstabilitással büszkélkedő SiC kiváló megoldást jelent olyan kihívásokkal teli környezetekben, ahol a hagyományos anyagok kudarcot vallhatnak.

A szilíciumkarbid cte a szén- és szilíciumatomok közötti kötések rácsából áll, amely rendkívül tartós, erős anyagot alkot, kiváló kopásállósággal és oxidációval szembeni ellenálló tulajdonságokkal, amely megbízhatóan működik szélsőséges környezetben, például kemencékben, olvasztott fémekben és a petrolkémiai iparban.

A kiváló kémiai inertitásnak köszönhetően a polikarbonát ideális a biztonságos munkavégzéshez olyan zord kémiai környezetben, ahol a törékenyebb anyagok gyorsan lebomlanának, például az acél-, petrolkémiai és kerámiagyártás során, ahol a kémiai vegyületeket gyakran használják nyersanyagként vagy katalizátorként a termékek működéséhez. Ez a tulajdonság teszi a polikarbonátot különösen alkalmassá arra, hogy ilyen körülmények között megbízhatóan működjön.

A szilícium-karbid kerámia arról ismert, hogy rendkívül tartós, a legtöbb kerámiaanyagnál magasabb Young-modullal rendelkezik, hogy ellenálljon az olyan ütéseknek, amelyek egyébként törést vagy repedést okoznának az alacsonyabb minőségű anyagokban, védelmet nyújtva a törések vagy repedések ellen, amelyek olyan kevésbé jó minőségű anyagok, például malmok, őrlők, expanziós vagy extrudáló gépek törését okoznák. E tulajdonsága miatt gyakran használják malmokban, őrlőkben, expanzorokban vagy extruderekben, ahol kopási és kopási sérülések keletkezhetnek.

A szilíciumkarbid mint ipari kerámia ellenáll a kemény környezeti körülményeknek, például a szélsőséges hőmérsékleteknek, a kémiai korróziónak és a kopásnak. Ezenkívül ez a rendkívül tartós kerámia képes ellenállni a nagyfokú mechanikai igénybevételnek, akár 240 MPa nyomásnak és 10 GPa szakítószilárdságnak is.

Más műszaki kerámiákhoz hasonlóan a szilícium-karbidnak is rendkívül alacsony a hőtágulási együtthatója (CTE), ami lehetővé teszi, hogy hőmérséklet-ingadozásoknak kitéve is megőrizze szerkezetét. Ez a tulajdonság teszi a szilíciumkarbidot nélkülözhetetlenné a félvezető alkalmazásokban, ahol a nagy teljesítményszinteknek intenzív hőmérséklet-változások mellett kell működniük. A szilíciumkarbid továbbá kivételes mechanikai szilárdsággal büszkélkedhet - a 400 MPa feletti Young-modulus jó méretstabilitást biztosít.

Termikus tulajdonságok

A szilíciumkarbid rendkívül erős és rugalmas anyag, amely képes ellenállni a szélsőséges hőmérsékleteknek, kémiailag semleges és nem gyúlékony, így ideális anyag olyan igényes körülmények között, mint a 3D nyomtatás, a ballisztikai gyártás, az energiatechnológia vagy a papírgyártás. A szilíciumkarbid emellett alacsony toxikológiai toxicitási szinttel rendelkezik, ezért számos olyan alkalmazásban alkalmazható, ahol a fémek egyébként nem működnének.

A szilíciumkarbid CTE kiváló termikus tulajdonságokkal rendelkezik a magas hőmérsékleten történő alkalmazásokhoz, beleértve a félvezetőket és az elektronikus eszközöket. Kiváló hőmérsékleti stabilitása segít megelőzni az eszközökben a forró pontok okozta romlást, míg alacsony hőtágulása ellenáll a nagy változásoknak anélkül, hogy a csatlakozások megterhelődnének vagy megrepednének - ami megbízható teljesítményt eredményez magas hőmérsékleten. A SiC jelentősen alacsonyabb hőtágulási együtthatóval (CTE) rendelkezik, így megbízhatóbban viseli az ilyen igénybevételeket, mint a fém anyagok.

A szilíciumkarbid előállításának történeti módszerei agyag (alumínium-szilikát) és porított koksz keverékének vasedényben történő hevítéséből álltak, és Edward Goodrich Acheson 1891-ben nagy mennyiségben állította elő; az ő terméke karborundum néven vált ismertté. Manapság azonban előállítása történhet szén folyékony szilíciumban való feloldásával, kalciumkarbid és szilícium-dioxid összeolvasztásával vagy elektromos kemencékben a szilícium és a szén redukciójával.

A szilíciumkarbid kiváló hővezető, hővezető képessége körülbelül kétszerese a tiszta rézénél, alacsony hőtágulási rátával rendelkezik, és ellenáll a hősokknak.

A szilíciumkarbid szilárdsága, merevsége és termikus tulajdonságai miatt népszerű tűzálló anyag; a Mohs-féle keménységi skálán a kilencedik helyen áll a timföld felett, de a gyémánt alatt. E sokoldalúságának köszönhetően kiváló választás csillagászati távcsövek tükréhez.

A porózus szilíciumkarbid termikus tulajdonságai javíthatók olyan adalékanyagok hozzáadásával, mint a bór vagy a magnézium, ami javítja a tűzállóságot és a rugalmassági modulust, így növelve a teljesítményt az igényes környezetben.

Kémiai tulajdonságok

A szilíciumkarbid (SiC), amelyet általában karborundumként emlegetnek, az egyik legfontosabb ipari kerámiaanyag. A SiC-t először Edward Acheson állította elő szintetikusan 1891-ben, és a Föld egyik legkeményebb anyaga - a Mohs-féle keménységi skálán a gyémánt után a második -, amely rendkívül korrózió- és kopásálló, és kivételes hőállóságot biztosít - ezek a tulajdonságok felbecsülhetetlen értékűvé teszik az ipari és katonai berendezések részeként.

A SiC egy inert anyag, amely a szén- és szilíciumatomok közötti erős kötésekből áll, ami rendkívüli keménységet, mechanikai szilárdságot, magas olvadási és forráspontot, alacsony sűrűséget és hővezető képességet biztosít. A SiC nagy kémiai tehetetlensége lehetővé teszi, hogy ellenálljon a sók, savak, lúgok és salakok okozta korróziónak, miközben normál körülmények között a levegő vagy a gőz nem befolyásolja - bár savas környezetben vagy magasabb hőmérsékleten történő melegítéskor gyorsan bekövetkezhet a gyors oxidáció.

A SiC számos változatos kémiai tulajdonsággal rendelkezik, amelyek kristályszerkezetétől és összetételétől függenek. A SiC különböző polytípusai vagy kristályformái a szerkezet és a rácsszerkezeten belüli orientáció függvényében eltérő félvezető tulajdonságokat mutatnak - például a 6H SiC jelentősen nagyobb elektronmozgékonyságot mutat a 3C és 4H anyagformákhoz képest.

A szilíciumkarbid lenyűgöző fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek kiváló anyaggá teszik az atomreaktorokban való felhasználásra, többek között nem reaktív, alacsony neutronkeresztmetszetű és kiválóan ellenáll a sugárzás okozta károsodásnak. A szilíciumkarbid így kiváló anyagválasztás.

A SiC a természetben egy moissanit nevű fekete ásvány formájában fordul elő, amely csak nagyon korlátozott mennyiségben fordul elő korundlelőhelyeken és kimberlitcsövekben, de laboratóriumokban mesterségesen is előállítható. A legtöbb természetes moissanitot az arizonai Diablo Canyonban bányásszák, ahol szintetikus gyémántokat készítenek belőle - bár más források közé tartoznak a meteoritok és a homokkő is. A világszerte értékesített SiC nagy részét szintetikusan állítják elő, hogy csiszolóanyagként, acéladalékként, szerkezeti kerámiaalkatrészként vagy félvezető elektronikai alkatrészként használják - azonban a világszerte leggyakrabban szintetikusan értékesített SiC-t félvezető elektronikai alkatrészek és alkalmazások felhasználásával állítják elő.

Elektromos tulajdonságok

A szilícium-karbid kristályos formában széles energiájú sávszélességű félvezető, amely vonzó tulajdonságokkal rendelkezik, beleértve a kivételesen nagy elektromos átütési mezőt és a töltéshordozók gyors telítési sebességét. A szilíciumkarbid emellett háromszor nagyobb hővezető képességgel büszkélkedhet, mint a szilícium-dioxid, és inert a vegyi anyagokkal szemben, így kiváló anyagválasztás az elektromos és optoelektronikai alkalmazásokban való felhasználásra.

A szilícium-karbid sokoldalú tulajdonságai miatt kulcsfontosságú építőelem a modern technológiai és ipari alkalmazásokban, amelyek stabilitást, hatékonyságot és rugalmasságot igényelnek. Az a képessége, hogy ellenáll a szélsőséges hőmérsékleteknek, miközben ellenáll a kémiai reakcióknak, felbecsülhetetlen értékű alkotóelemmé teszi a szélsőséges körülmények között működő fejlett rendszerekben.

A szilíciumkarbid szokatlan kristályszerkezetű, a szén- és szilíciumatomok közötti erős kémiai kötések jellemzik, ami keménységet, kémiai inertitást, hőstabilitást és hővezető képességet eredményez, ami alkalmassá teszi a szélsőséges környezetekben való alkalmazásra.

A SiC sok kerámiától eltérően nem szenved szilárdságvesztést a különböző hőmérsékleti tartományokban, és még zord környezeti körülmények között is sértetlen marad. Ezenkívül inert a környezetében található savakkal és vegyi anyagokkal szemben, ami csökkenti a mechanikai alkatrészek vagy az intenzív környezeti hatásoknak kitett környezetek sérülési lehetőségét.

Kémiai szempontból a kerámia legjellegzetesebb tulajdonsága a vízben és alkoholban való oldhatatlansága - ez a tulajdonsága megkülönbözteti az általános kerámiaanyagoktól, valamint egyes fémektől; és bizonyítja a kemény kémiai környezetben való ellenálló képességét.

A szilíciumkarbid alacsony hőtágulási együtthatójával és kivételes szilárdságával tűnik ki magas hőmérsékleten, így ideális igényes alkalmazásokhoz és csúcstechnológiai környezetekhez. Továbbá oldhatatlansága okos választássá teszi nagynyomású körülmények között, ahol más anyagok idővel erodálódnának vagy lebomlanának.

A szilícium-karbidnak számos alkalmazása van a dinamikus tömítési technológiában, például a súrlódó csapágyakban és a szivattyúkhoz és hajtásrendszerekhez használt mechanikus tömítésekben. A szilíciumkarbid emellett a ballisztikai technológiában, az energiatechnikában, a papírgyártási folyamatokban és a csőrendszerek összetevőjeként is megtalálható. Továbbá ez az anyag vonzó anyagválasztás a 3D nyomtatáshoz, mivel kivételes szerszámtartósságot biztosít igényes, forró, magas nyomású körülmények között.