Titik Leleh Silikon Karbida

Silikon karbida (umumnya disebut sebagai SiC) adalah zat kristal sintetis tanpa warna dalam keadaan murni, yang digunakan untuk membuat bahan abrasif, refraktori, keramik, kaca, dan paduan keras seperti baja.

SiC diproduksi dengan melelehkan pasir silika dan karbon secara bersamaan dalam tungku tahan listrik pada suhu tinggi. Boron dapat membantu meningkatkan densifikasi.

Suhu

Silikon Karbida (SiC) adalah bahan semi-konduktor yang keras dan tahan api dengan struktur polytipik berdasarkan urutan susunan atom karbon dan silikon, yang paling menonjol adalah campuran seng (3C SiC). Struktur SiC lainnya dapat berbentuk kubik, heksagonal, atau rhombohedral dengan nama-nama seperti alfa SiC atau beta SiC untuk tujuan identifikasi. Kristal warna-warni SiC berwarna kuning ke hijau hingga hitam kebiruan menyublim pada suhu 2700 derajat Celcius dengan kepadatan mendekati 3,21 g cm-3 untuk sublimasi.

Edward Goodrich Acheson membuat penemuan dan produksi komersial selanjutnya yang dikenal sebagai Carborundum pada tahun 1893, nama yang diberikan untuk bentuk kristalnya. Saat ini, bahan keras ini umumnya digunakan sebagai bahan abrasif pada roda gerinda dan alat pemotong logam serta dilapisi ke dalam tungku untuk membentuk pabrik produksi logam nonferrous dan sebagai bahan tahan api yang digunakan selama perlakuan panas pada logam, proses produksi kaca, dan fasilitas produksi elektronik semikonduktor.

Titik leleh silikon karbida bergantung pada tekanan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, kurva eksperimentalnya mewakili berbagai eksperimen pendinginan yang dilakukan di bawah kondisi suhu dan tekanan yang berbeda. Seperti yang ditunjukkan oleh kemiringan negatif pada kurva, suhu leleh menurun dengan meningkatnya tekanan, seperti yang diprediksi oleh perhitungan ab initio berdasarkan teori fungsional densitas. Tren ini menguatkan prediksi ab initio yang dibuat dengan menggunakan model ab initio dari teori fungsional densitas. American Elements menawarkan berbagai komposisi silikon karbida dengan kemurnian tinggi yang mengesankan mulai dari komposisi standar dan khusus, batang, batangan, pelat, dan bentuk bubuk - serta bentuk mesin lainnya yang tersedia berdasarkan permintaan - dalam hal tingkat kemurnian dan sifat lain seperti senyawa atau larutan organologam. Berbagai pilihan ini dapat dibeli sebagai bahan standar dari stok di American Elements atau disesuaikan dengan spesifikasi pelanggan untuk digunakan dalam aplikasi penelitian.

Tekanan

Silikon karbida (SiC) adalah senyawa silikon dan karbon yang sangat keras dan terikat secara kovalen yang terjadi secara alami sebagai mineral moissanite dan telah diproduksi secara massal sejak tahun 1893 untuk digunakan sebagai bahan abrasif. Butiran silikon karbida juga dapat digabungkan melalui sintering untuk membentuk keramik keras dengan berbagai aplikasi; doping dengan nitrogen atau fosfor membentuk semikonduktor tipe-n sementara doping dengan boron, aluminium, galium, atau berilium dapat menghasilkan semikonduktor tipe-p.

Silikon karbida meleleh pada tekanan yang berbeda tergantung pada struktur kristal dan suhunya, dengan modifikasi alfa (a-SiC) yang memiliki butiran heksagonal yang rapat mirip dengan Wurtzite sedangkan modifikasi beta (b-SiC) memiliki struktur kristal campuran seng yang mirip dengan berlian.

Bentuk silikon karbida a-SiC populer digunakan untuk memoles kertas dan aplikasi media gerinda, sedangkan b-SiC memiliki penggunaan komersial yang terbatas. Titik lelehnya telah diukur hingga suhu 3300 K dan, dalam kondisi ini, kedua jenis ini meleleh secara kongruen dengan kemiringan -44+4 K/GPa pada kurva peleburannya yang mengindikasikan kepadatan yang lebih tinggi dari a-SiC yang meleleh daripada b-SiC.

Kepadatan

Silikon karbida adalah bahan yang sangat keras dengan ketahanan korosi dan abrasi yang sangat baik, dengan titik leleh yang tinggi untuk menahan tekanan yang besar dan tidak ada pengotor kimiawi - dengan demikian, bahan ini dapat dilebur untuk membentuk logam yang berbeda pada suhu kamar atau dengan penggunaan tekanan tinggi. Digunakan terutama sebagai bahan abrasif dan tahan api dalam aplikasi seperti pelapis tungku. Silikon karbida juga tahan terhadap sebagian besar bahan organik, asam anorganik, garam (tidak termasuk asam fluorida) tetapi tidak tahan terhadap asam fluorida!

Sifat tahan api silikon karbida telah menyebabkan penggunaannya secara luas dalam produk abrasif seperti rem mobil dan cengkeraman serta pelat keramik untuk rompi antipeluru. Selain itu, mesin manufaktur termasuk bor, roda gerinda, pemotong frais, dan sistem pemotongan laser juga menggunakannya. Selain itu, ia memiliki celah pita yang luas yang cocok untuk komponen elektronik seperti sistem radar, antena gelombang mikro, sel surya, dan perangkat tegangan tinggi.

Kepadatan silikon karbida berkisar antara 2,8 hingga 3,2 g/cm3. Silikon karbida meleleh pada suhu rendah, menghasilkan kisi kristal tetrahedron silika-karbon dengan ikatan kovalen yang kuat antara atom karbon dan silikon. Memprediksi titik lelehnya dapat dilakukan dengan mudah menggunakan simulasi dinamika molekuler berdasarkan simulasi density functional theory (DFT); suhu leleh memuncak di sekitar 1200 derajat Celcius sementara nilai minimumnya mencapai 3000 derajat Celcius; kurva peleburan yang dihasilkan memiliki nilai kemiringan negatif sebesar -44+4 K/GPa yang cocok dengan data eksperimental tentang peleburan.

Komposisi Kimia

Silikon karbida (SiC) adalah bahan kristal yang tidak larut, biasanya berwarna kuning hingga hijau dengan warna hitam kebiruan, yang menyublim pada suhu 2700 derajat Celcius dan menyublim menjadi bentuk bubuk. Meskipun tidak larut dalam air, ia larut dalam alkali (NaOH dan KOH) atau besi. Meskipun tidak larut, ia menyublim pada 3,21 g cm-3 dengan suhu sublimasi sekitar 2700 derajat Celcius.

Silikon karbida menggabungkan atom Si dan C dalam dua tetrahedra koordinasi primer, dengan empat atom Si yang terikat pada atom karbon pusat, yang kemudian dihubungkan pada sudut-sudutnya, menumpuk untuk membentuk struktur polar yang memberikan kekerasan pada material ini. Terdapat berbagai urutan susunan, atau polytype, atom Si dan C yang ditemukan dalam kristal silikon karbida yang memberikan variasi bentuk dan sifat pada material ini.

Silikon karbida murni biasanya merupakan isolator listrik; namun, konduktivitasnya dapat ditingkatkan melalui doping dengan nitrogen atau fosfor dan menambahkan boron atau aluminium. Karborundum, yang digunakan dalam radio kristal, sering kali menggunakan silikon karbida yang didoping.

Sejak tahun 1912, silikon karbida telah digunakan sebagai bahan abrasif. Selain itu, penggunaannya juga meluas untuk membuat lapisan tahan api, batu bata dan keramik suhu tinggi, suku cadang mobil, roda abrasif, alat pemotong, komponen listrik yang keras, dan komponen rompi antipeluru. Dengan titik leleh tertinggi dan peringkat skala Mohs yang paling keras di antara bahan keramik canggih dan konstruksinya yang padat yang mencegah serangan bahan kimia, silikon karbida tetap populer sebagai bahan abrasif.