Kam naudojamas silicio karbidas?

Silicio karbidas (SiC) plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose dėl savo universalių savybių, dėl kurių jis ypač tinka aukštos įtampos galios puslaidininkiniams įrenginiams, pavyzdžiui, tiems, kurie naudojami elektromobilių traukos keitikliuose.

Tokios keraminės medžiagos, kaip ši ugniai atspari keraminė medžiaga, pasižymi atsparumu aukštai temperatūrai ir terminiams smūgiams, turi puikų mechaninį stiprumą ir labai mažą plėtimosi koeficientą.

Abrazyvinis

Silicio karbidas yra kieta ir tvirta medžiaga, plačiai naudojama įvairiuose pramoniniuose procesuose dėl savo stabilių cheminių savybių, didelio šilumos laidumo, mažo plėtimosi koeficiento ir atsparumo nusidėvėjimui. Iš silicio karbido gali būti gaminami įvairūs abrazyviniai gaminiai, įskaitant šlifavimo diskus, šlifavimo popierių, abrazyvines juostas, alyvuotas akmenis, abrazyvinius blokus ir šlifavimo galvutes, skirtus metalams, keramikai, stiklui ir spalvotiesiems metalams pjauti, taip pat jis naudojamas smėliavimui, siekiant pašalinti dažus, rūdį ar bet kokius nešvarumus nuo užterštų paviršių.

Šlifuojantis silicio karbidas tampa vis populiaresnis šiuolaikinėje brangakmenių apdirbimo pramonėje dėl savo ilgaamžiškumo ir prieinamos kainos. Jis siūlomas įvairių grūdėtumo dydžių, kad atitiktų akmens pjovimo ar poliravimo poreikius. Elektronikos įmonės taip pat naudoja jį gaminant sujungimo plėveles, kurios užtikrina, kad aukštos kokybės šviesolaidžių gijos prieš sujungimą būtų nupoliruotos iki reikiamo lygumo.

Juodasis silicio karbidas (kartais vadinamas tetragoniniu SiC arba 3C-SiC) yra vidutinio tankio, pusiau trapus abrazyvas, pasižymintis geru atsparumu korozijai, tačiau mažesniu atsparumu rūgštims nei sukepintas silicio karbidas. Juodasis silicio karbidas, pagamintas kaip stiklintas arba dervomis surištas produktas, pasižymi puikiu atsparumu korozijai, tačiau yra mažiau atsparus rūgštims nei sukepintas SiC.

Ugniai atsparus

Silicio karbidas yra itin patvari ugniai atspari medžiaga, dažnai naudojama krosnyse, degimo krosnyse ir kitose pramoninėse aplinkose. Išlaikanti temperatūrą iki 1 800 °F (982 °C), atspari rūgštims, šarmams ir kitoms koroziją sukeliančioms cheminėms medžiagoms, pasižyminti puikiomis šilumos laidumo ir stiprumo savybėmis, silicio karbidas užtikrina patikimą apsaugą nuo ekstremalių sąlygų.

Lydant varžinėje krosnyje iš žaliavų, tokių kaip kvarcinis smėlis, naftos koksas ir medžio drožlės, gaunamas aukštos kokybės plienas, kuris vėliau toliau rafinuojamas cheminio apdorojimo būdu, siekiant pagaminti įvairių rūšių plieną su skirtingais dalelių dydžiais ir savybėmis, pritaikytą įvairiems naudojimo tikslams. Plieno gamybos procesuose, taip pat keramikos gamyboje labai naudinga plieno gamybos laužą naudoti plieno ruošinių gamybai; be to, dėl savo universalumo jis tinka izoliacijos ir pamušalų taikymams, pavyzdžiui, krosnių, tiglų, muflių ir kamerų priekinių sienelių pamušalams.

Karborundas – tai kietas, kristalinis silicio ir anglies junginys, kurio cheminė formulė yra SiC, plačiai žinomas kaip karborundas. Nors gamtoje jis randamas labai nedideliais kiekiais kaip moissanitas, dažniausiai jis gaminamas sintetiškai ir naudojamas kaip abrazyviniai milteliai bei brangakmenių gamyboje. Karborundas plačiai naudojamas kaip abrazyviniai milteliai tokiuose gaminiuose kaip šlifavimo diskai, pjovimo įrankiai ir šlifavimo popierius; jo gamyba taip pat aprūpina ugniai atspariomis plytomis, naudojamomis krosnyse ir degimo krosnyse, be to, jis naudojamas pažangiose elektronikos srityse, kuriose reikalingos aukštos temperatūros ar įtampos sąlygos, pavyzdžiui, šviesos dioduose (LED), naudotuose ankstyvųjų radijo imtuvų gamyboje.

Puslaidininkiniai prietaisai

Silicio karbidas jau seniai naudojamas abrazyvuose ir ugniai atspariose medžiagose, tačiau laikui bėgant vis labiau dėmesio sulaukia jo elektrinės savybės. Dėl unikalaus atsparumo aukštai temperatūrai, įtampai ir ekstremalioms sąlygoms silicio karbidas tampa nepakeičiamu pakaitalu puslaidininkinėms medžiagoms, tokioms kaip galio nitridas ar net paprastasis silicis, galios elektronikos srityje.

Puslaidininkių pramonėje naudojamas silicio karbidas iš esmės skiriasi nuo savo abrazyvinių ir ugniai atsparių atitikmenų tuo, kad jis gaminamas taikant sukepinimo technologiją, o ne maišant miltelius su rišikliu. Šį šiuolaikinį gamybos metodą dar 1891 m. išrado Edward Goodrich Acheson: kvarco smėlis, sumaišytas su anglimi (sumalto kokso pavidalu), kaitinamas elektrinėje varžinėje krosnyje, kol susidaro vientisas gabalas ir įvyksta sukepinimas.

Gauta medžiaga yra patvari, atspari korozijai ir, ją pakartotinai sukepinant, lengvai formuojama į įvairiems tikslams skirtas formas. Pridėjus priedų galima pakeisti jos elektrines savybes; paprastai n-tipo puslaidininkiams pridedami tokie elementai kaip boras ir aliuminis, o p-tipo puslaidininkiams – berilis ir galis.

„EAG Laboratories“ turi didelę patirtį silicio karbido analizėje, taikydama tiek masines, tiek erdviniu požiūriu išskirtas analizės metodikas, siekdama išsiaiškinti jo elektrines savybes.

Elektronika

Silicio karbidas, dažniau vadinamas karborundumu /krbrndm/, yra nepaprastai kietas, sintetinis kristalinis silicio ir anglies junginys, kurio cheminė formulė yra SiC. Nors gamtoje jis randamas kaip moissanito mineraliniai telkiniai, silicio karbido miltelių masinė gamyba prasidėjo po 1893 m., siekiant juos naudoti kaip abrazyvą ir kietosios keramikos gaminiuose, pavyzdžiui, šlifavimo diskuose ir neperšaunamų liemenių plokštėse.

Pastaruoju metu silicis plačiai naudojamas puslaidininkiniuose elektroniniuose įrenginiuose, ypač galios elektronikoje. Dėl savo unikalių fizinių ir elektrinių savybių silicis yra puikus medžiagos pasirinkimas įrenginiams, veikiantiems aukštesnėje temperatūroje ar esant aukštesnei įtampai.

Silicio karbidas išsiskiria iš daugumos pramoninių junginių tuo, kad veikia kaip elektros izoliatorius, kol nėra legiruotas priemaišomis, kurios keičia jo juostos tarpą, pavyzdžiui, aliuminio ir boro legiravimas P tipo puslaidininkiams bei fosforo ir azoto legiravimas N tipo puslaidininkiams.

Gamintojai gamina kubinį silicio karbidą taikydami įvairius procesus, įskaitant ribojimu kontroliuojamo sublimacijos auginimo metodus, pavyzdžiui, cheminį garų nusodinimo metodą. Taikant šį metodą, dujų mišinys patenka į vakuuminę aplinką, kurioje jos reaguoja ir galiausiai nusėda ant substrato. Cheminis garų nusodinimo metodas dažnai naudojamas anglies pagrindu pagamintų puslaidininkių sintezės procesuose; taip pat naudojamas grafeno gamybai; tačiau izoliuota kontroliuojama sublimacija leidžia gauti aukštesnės kokybės grafeno medžiagą, dėl ko dirbti su šiuo metodu yra sudėtinga; todėl jo negalima pritaikyti didelio masto gamybai.