Szilícium-karbid Olvadáspont

A szilíciumkarbid (közismert nevén SiC) egy szintetikus kristályos anyag, amely tiszta állapotában színtelen, és amelyet csiszolóanyagok, tűzálló anyagok, kerámiák, üveg és kemény ötvözetek, például acél előállítására használnak.

A szilícium-karbidot kovahomok és szén elektromos ellenállással működő kemencékben, magas hőmérsékleten történő összeolvasztásával állítják elő. A bór segíthet a sűrűsödés növelésében.

Hőmérséklet

A szilíciumkarbid (SiC) egy kemény és tűzálló félvezető anyag, amelynek politipikus szerkezete a szén- és szilíciumatomok egymásra épülő sorrendjén alapul, a legjelentősebb a cink-blende (3C SiC). Más SiC-szerkezetek lehetnek köbös, hatszögletes vagy romboéderes alakúak, amelyeknek az azonosítás érdekében olyan neveket adnak, mint az alfa SiC vagy a béta SiC. A SiC sárgától a zöldtől a kékesfekete színű irizáló kristályok 2700 °C-on szublimálódnak, sűrűségük megközelíti a 3,21 g cm-3 sűrűséget a szublimációhoz.

Edward Goodrich Acheson 1893-ban Carborundum néven tette ismertté felfedezését és későbbi kereskedelmi gyártását, amely a kristályos formájának a neve. Ma ezt a kemény anyagot általában csiszolóanyagként használják csiszolókorongokban és fémvágó szerszámokban, valamint kemencékbe bélelve színesfémeket gyártó üzemekben, illetve tűzálló anyagként használják a fémek hőkezelése során, üveggyártási folyamatokban és félvezető elektronikai gyártóberendezésekben.

A szilíciumkarbid olvadáspontja a nyomástól függ. Amint azt a 2. ábra mutatja, a kísérleti görbe számos, különböző hőmérsékleten és nyomásviszonyok között végzett oltási kísérletet reprezentál. Amint azt a görbe negatív meredeksége mutatja, az olvadási hőmérséklet a nyomás növekedésével csökken, amint azt a sűrűségfunkcionál-elméleten alapuló ab initio számítások előre jelezték. Ez a tendencia megerősíti a sűrűségfunkcionál-elmélet ab initio modelljeinek felhasználásával készült ab initio előrejelzéseket. Az American Elements a nagy tisztaságú szilíciumkarbid-összetételek lenyűgöző választékát kínálja a szabványos és egyedi összetételektől kezdve a rudak, rudak, rudak, lemezek és porformák - valamint kérésre más megmunkált formák is rendelkezésre állnak - tisztasági szintek és egyéb tulajdonságok, például fémorganikus vegyületek vagy oldatok tekintetében. Ez a széles választék megvásárolható standard anyagként az American Elements raktárkészletéről, vagy testreszabható az ügyfél specifikációi szerint kutatási alkalmazásokban való felhasználásra.

Nyomás

A szilíciumkarbid (SiC) egy rendkívül kemény, kovalens kötésű szilícium és szén vegyület, amely a természetben a moissanit ásvány formájában fordul elő, és 1893 óta tömegesen gyártják csiszolóanyagként. A szilíciumkarbid szemcsék szinterezéssel kemény kerámiákká is kombinálhatók, amelyeknek számos alkalmazási területe van; nitrogénnel vagy foszforral történő adalékolással n-típusú félvezető, míg bórral, alumíniummal, galliummal vagy berilliummal történő adalékolással p-típusú félvezető készíthető.

A szilíciumkarbid kristályszerkezetétől és hőmérsékletétől függően különböző nyomáson olvad meg, az alfa-modifikáció (a-SiC) a wurtzithoz hasonló, hexagonális, szoros elrendezésű szemcsékkel, míg a béta-modifikáció (b-SiC) a gyémánthoz hasonló cink-blende kristályszerkezettel rendelkezik. A SiC több polimorfból áll, amelyek egységcellái a köbös és a romboéderes egységcellák között változnak; ezek közül a legelterjedtebb az alfa-modifikáció, amelynek hexagonális, a wurtzithoz hasonló, szoros csomagolású szemcséi vannak, míg a b-modifikáció (b-SiC), mindkettőnek a wurtzithoz hasonló, szoros csomagolású, hexagonális, szoros csomagolású, hexagonális, szoros csomagolású, hexagonális, szoros csomagolású, hexagonális, szoros csomagolású, hexagonális, szoros csomagolású kristályszerkezete van.

A szilíciumkarbid a-SiC formáit előszeretettel használják polírozópapír és csiszolóanyag alkalmazásokhoz, míg a b-SiC megfelelője korlátozott kereskedelmi felhasználású. Olvadáspontjukat 3300 K hőmérsékletig mérték, és ilyen körülmények között mindkét típus egyformán olvadt, az olvadási görbén -44+4 K/GPa kedvezőtlen meredekséggel, ami az olvadt a-SiC nagyobb sűrűségére utal, mint a b-SiC.

Sűrűség

A szilíciumkarbid rendkívül kemény anyag, amely kiváló korrózió- és kopásállósággal rendelkezik, magas olvadáspontja ellenáll a nagy nyomásnak, és nem tartalmaz kémiai szennyeződéseket - így szobahőmérsékleten vagy nagynyomású alkalmazással különböző fémekké olvasztható. Elsősorban csiszolóanyagként és tűzálló anyagként használják olyan alkalmazásokban, mint a kemencebélések. A szilíciumkarbid ellenáll a legtöbb szerves anyagnak, szervetlen savaknak, sóknak (kivéve a fluorvíztartalmú sav ), de a fluorvíztartalmú savnak nem!

A szilíciumkarbid tűzálló tulajdonsága miatt széles körben használják olyan csiszolóanyagokban, mint az autófékek és tengelykapcsolók, valamint a golyóálló mellények kerámialemezei. Ezen túlmenően a gyártógépek, köztük a fúrók, csiszolókorongok, marógépek és lézervágó rendszerek is felhasználják. Ezenfelül széles sávhézaggal büszkélkedhet, amely alkalmas olyan elektronikus alkatrészekhez, mint a radarrendszerek, mikrohullámú antennák, napelemek és nagyfeszültségű eszközök.

A szilíciumkarbid sűrűsége 2,8 és 3,2 g/cm3 között mozog. Alacsony hőmérsékleten olvad, és szilícium-dioxid-szén tetraéderes kristályrácsot hoz létre, amelyben erős kovalens kötések vannak a szén- és a szilíciumatomok között. Olvadáspontjának előrejelzése könnyen elvégezhető molekuladinamikai szimulációkkal, amelyek a sűrűségfunkcionál-elmélet (DFT) szimulációin alapulnak; az olvadási hőmérséklet 1200 °C körül tetőzik, míg a minimális érték 3000 °C; az előállított olvadási görbe negatív, -44+4 K/GPa meredekségű, ami jól illeszkedik az olvadékokra vonatkozó kísérleti adatokhoz.

Kémiai összetétel

A szilíciumkarbid (SiC) egy oldhatatlan kristályos anyag, jellemzően sárgától a zöldig terjedő színű, kékes-fekete árnyalatokkal, amely 2700 °C-on szublimálódik és por alakban szublimálódik. Bár vízben nem oldódik, lúgokban (NaOH és KOH) vagy vasban oldódik. Oldhatatlan állapotban 3,21 g cm-3 -ben szublimálódik, szublimációs hőmérséklete 2700 fok körül van.

A szilíciumkarbid a Si- és C-atomokat két elsődleges koordinációs tetraéderben egyesíti, négy Si-atomot kötve egy központi szénatomhoz, amelyek aztán a sarkaiknál kapcsolódnak egymáshoz, egymásra rakódva poláris szerkezeteket alkotva, amelyek ennek az anyagnak a keménységét adják. A szilíciumkarbid kristályokban a Si- és C-atomok különböző egymásra épülésének sorrendjei, azaz polytípusai találhatók, amelyek az anyag változatos alakját és tulajdonságait adják.

A tiszta szilíciumkarbid jellemzően elektromos szigetelő; vezetőképessége azonban nitrogénnel vagy foszforral történő adalékolással, valamint bór vagy alumínium hozzáadásával fokozható. A kristályrádiókban használt karborundumok gyakran tartalmaznak adalékolt szilíciumkarbidot.

A szilíciumkarbidot 1912 óta használják csiszolóanyagként. Ezenkívül felhasználása kiterjed a tűzálló bélések, magas hőmérsékletű téglák és kerámiák, autóalkatrészek, csiszolókorongok, vágószerszámok, kemény elektromos alkatrészek és golyóálló mellény alkatrészek gyártására. A fejlett kerámiaanyagok közül a legmagasabb olvadáspontú és a legkeményebb Mohs-skála szerinti besorolással, valamint a sűrű felépítésével, amely megakadályozza a vegyi támadásokat, a szilíciumkarbid továbbra is népszerű csiszolóanyag.