Silicio karbido struktūra ir pritaikymas

Silicio karbido išskirtinis temperatūrinis stabilumas, ilgaamžiškumas, tvirtumas, atsparumas korozijai ir puslaidininkinės savybės daro jį idealia medžiaga galios elektronikai. Be to, legiruojant fosforu arba galiu, būtų galima legiruoti n tipo silicio karbido pagrindo puslaidininkinį įtaisą.

SiC yra įvairių politipų, kurie skiriasi silicio ir anglies atomų išsidėstymu gardelės struktūroje. Kiekvienas iš jų pasižymi skirtingomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis.

Cheminė sudėtis

Silicio karbidas (SiC) yra neorganinis cheminis junginys, sudarytas iš silicio ir anglies. Silicio karbidas yra vienas iš kiečiausių žinomų medžiagų, todėl jis konkuruoja su deimantu ir boro karbidu kaip viena iš kiečiausių žinomų medžiagų. Silicio karbidas naudojamas daugelyje pramonės sričių, be kita ko, kaip abrazyvas ir konstrukcinė keramika; be to, jis taip pat naudojamas ugniai atspariems įdėklams, aukštos temperatūros plytoms, kaitinimo elementams, taip pat siurblių ir raketinių variklių dilimui atsparioms dalims.

SiC turi labai tankią atomų struktūrą, dėl kurios silicio ir anglies atomai tarpusavyje sudaro stiprius kovalentinius ryšius. Atomai suskirstyti į du pirminius koordinacinius tetraedrus su keturiais silicio ir keturiais anglies atomais, tarpusavyje sujungtais stipriais kovalentiniais ryšiais.

Grynas silicio karbidas yra elektrinis izoliatorius, tačiau, pridėjus legiruojančių medžiagų, pavyzdžiui, boro ir aliuminio, jis tampa puslaidininkiu.

Silicio karbidą galima pagaminti reaguojant įvairioms žaliavoms krosnyje aukštoje temperatūroje. Pagaminta medžiaga turi būti apdorojama pagal numatytą paskirtį, pavyzdžiui, prieš pradedant ją naudoti pagal paskirtį, gali prireikti smulkinimo, malimo arba cheminio apdorojimo.

Silicio karbido abrazyvinė medžiaga yra viena iš dažniausiai lapidaryje naudojamų medžiagų dėl savo ilgo tarnavimo laiko ir ekonomiškos kainos. Be to, silicio karbidas jau seniai naudojamas pramoninio apdirbimo procesuose, pavyzdžiui, šlifuojant, honinguojant ir pjaunant vandens srove, kaip pramoninė abrazyvinė medžiaga. Be to, dėl didelio silicio karbido stiprumo ir atsparumo dilimui jis naudingas daugelyje kasybos ir gamybos sričių, o dėl savo neperšaunamų savybių jis yra populiarus neperšaunamų šarvų komponentas.

Fizikinės savybės

Silicio karbidas (SiC) yra itin kietas, sintetiniu būdu pagamintas silicio ir anglies junginys, pirmą kartą masiškai pradėtas gaminti XIX a. pabaigoje ir nuo to laiko sparčiai pradėtas naudoti pramonėje. Iš pradžių naudotas kaip abrazyvas, SiC netrukus tapo pramoninių krosnių ugniai atspariu įdėklu, taip pat siurblių ir raketų variklių dilimui atspariais komponentais; be to, dėl išskirtinio šilumos laidumo ir mažo šiluminio plėtimosi savybių SiC yra neįkainojama medžiaga, kurią galima naudoti elektronikos komponentams, pavyzdžiui, puslaidininkiams ir šviesos diodams, ir dar daugelyje kitų sričių!

Dėl plataus silicio karbido draustinės juostos tarpo elektronai jo medžiagoje sklinda greičiau nei silicyje, todėl ši medžiaga idealiai tinka greitesniam elektronų judėjimui, atsparumui korozijai, dilimui, aukštai lydymosi temperatūrai ir tvirtumui esant aukštai temperatūrai - dėl šių savybių ši medžiaga yra pageidautina daugelyje sudėtingų taikymų.

Dėl cheminio inertiškumo, aukštos lydymosi temperatūros, atsparumo aukštai temperatūrai ir mažo plėtimosi koeficiento aliuminis puikiai tinka įrankių ir mašinų gamybai. Aliuminis taip pat yra pagrindinė daugelio abrazyvinių medžiagų sudedamoji dalis, be to, jis būtinas daugeliui ugniai atsparių medžiagų.

Silicio karbido stiprumo, šilumos laidumo ir standumo derinys yra puiki medžiaga dideliems optiniams teleskopams, pavyzdžiui, Herschelio kosminio teleskopo veidrodžiams, gaminti. Be to, dėl savo standumo ir šiluminio laidumo jis taip pat tinka erdvėlaivių posistemėms, kurioms reikia atlaikyti aukštą temperatūrą ar radiacijos lygį.

Cheminės reakcijos

Silicio karbidas yra kieta medžiaga, pasižyminti puikiomis fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis. Sudarytas iš silicio ir anglies atomų, išsidėsčiusių tvarkingoje gardelės struktūroje, jis pasižymi išskirtiniu tvirtumu ir šiluminiu stabilumu, todėl pramoniniu būdu gaminamas redukuojant silicio dioksidą su anglimi aukštoje temperatūroje elektrinėje krosnyje. Grynas silicio karbidas paprastai būna bespalvis, tačiau užterštos versijos dėl geležies priemaišų ar kitų teršalų dažnai būna melsvai juodi arba rusvi milteliai.

Aliuminis yra itin tvirta ir elastinga medžiaga, naudojama abrazyvams, šlifavimo diskams, pjovimo įrankiams, automobilių dalims, ugniai atsparioms plytoms, kaitinimo elementams ir aukštos temperatūros keramikai gaminti. Dėl atsparumo cheminėms reakcijoms, mažo šiluminio plėtimosi greičio ir gebėjimo būti puslaidininkiniu elementu jis puikiai tinka naudoti galios elektronikoje.

Silicio karbidas taip pat gali atlaikyti ilgalaikį vandens poveikį ir nesuirti, todėl tai puiki medžiaga komponentams, kurie turi būti panardinti į skysčius, pavyzdžiui, aušinimo skysčius arba orą. Tačiau reikėtų pažymėti, kad aukštesnėje temperatūroje silicio karbidas reaguoja su vandenilio dujomis ir susidaro silicio dioksidas ir metanas; taip atsitinka dėl to, kad jo tetraedrinės struktūros atomai aukštesnėje temperatūroje susiduria su vandenilio molekulėmis, kurios jungiasi su atmosferoje esančiomis deguonies molekulėmis ir sudaro ant jo paviršiaus matomus vandens garus.

Gamyba

Silicio karbidas skiriasi nuo daugelio kitų dažniausiai naudojamų medžiagų tuo, kad jį reikia gaminti. Silicio karbidui, vienai iš kiečiausių žinomų medžiagų, pjauti reikia deimantinių ašmenų. Deja, bet silicio karbido gamybos procesas gali būti sudėtingas, todėl jį reikia tobulinti, kad jis atitiktų didėjančią paklausą.

Achesono procesas yra vienas iš dažniausiai naudojamų gamybos būdų, kurį sudaro silicio dioksido ir kokso sumaišymas, prieš tai juos kaitinant aukštoje temperatūroje ir chemiškai reaguojant tarpusavyje, susidaro ryškiai žali kristalai, pakankamai dideli, kad juos būtų galima įžiūrėti, o po to mišinys atšaldomas, kad šis augimas sustotų ir kristalai apskritai nustotų augti. Atšaldžius šį miltelių mišinį galima sujungti su neoksidinėmis sukepinimo pagalbinėmis medžiagomis (rišikliais) ir sutankinti šaltuoju izostatiniu presavimu arba ekstruzijos metodais.

Silicio karbidas iš kitų keraminių medžiagų išsiskiria plačia juostine skyra, kuri nusako energijos skirtumą, reikalingą elektronams peršokti iš atomo valentinės juostos į laidumo juostą, todėl jis gali atlaikyti daug didesnę įtampą ir dažnį nei kitos konkuruojančios medžiagos.

Silicio karbidas yra ideali medžiaga puslaidininkių elektronikos gaminiams, kuriems reikalingas varžinis kaitinimas atšiaurioje aplinkoje, įskaitant siurblių guolius, siurblių guolius, smėliavimo purkštukus, štampus ir kaitinimo elementus. Dėl savo tvirtumo, kietumo ir ilgaamžiškumo silicio karbidas taip pat puikiai tinka siurblių guoliams, siurblių guoliams, smėliavimo inžektoriams, štampams ir kaitinimo elementams - nepamirštant dopingo su aliuminiu, boru ar galiu, kad būtų galima gauti p tipo puslaidininkinį silicio karbidą, kuris galėtų sumažinti aktyvias aušinimo sistemas, kurios padidintų svorį ir sudėtingumą, kai montuojamos į elektrines transporto priemones - tai padeda sumažinti svorį ir kartu padidinti sudėtingumą!