Struktur av silisiumkarbid

Silisiumkarbid er et av de sterkeste avanserte keramiske materialene. Takket være sin enestående styrke, stivhet, lave termiske utvidelse og korrosjonsbestandighet er silisiumkarbid et utmerket materialvalg for bilbremser og -koblinger, samt skuddsikre vester.

Silisiumkarbid er et av de hardeste materialene, og kommer bare etter borokarbid og diamant. Det velges ofte som et alternativ for bruk i ildfaste støpemasser og slipemidler.

Hardhet

Silisiumkarbid er et av de hardeste stoffene man kjenner til i dag, og kan måle seg med harde materialer som diamant og borcarbid når det gjelder hardhet. Derfor brukes silisiumkarbid i stor utstrekning til fremstilling av våpen og panserplater.

Takket være sin høye styrke og krypbestandighet er ildfast keramikk et egnet materiale til foringer i industriovner og varmeelementer, pumpedeler, komponenter til rakettmotorer og keramiske underlag for lysdioder.

Forbindelsen er generelt hard og sprø i sin opprinnelige tilstand, men kan endres betydelig ved tilsetning av aluminium eller bor. Videre er den uoppløselig i vann, alkohol og mange organiske syrer, baser og salter.

Hardheten til silisiumkarbid kan måles ved hjelp av ulike metoder, blant annet Rockwell- og Brinell-prøver. Disse målingene registrerer inntrykkets dybde forårsaket av harde gjenstander som stålkuler eller diamantkuler, for å fastslå materialets hardhet.

Termisk konduktivitet

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt og stivt materiale som tåler høye temperaturer og har en lav termisk utvidelseskoeffisient – egenskaper som gjør det til et ettertraktet speilmateriale for astronomiske teleskoper. Silisiumkarbid kan fremstilles i form av store skiver med en diameter på opptil 3,5 meter (11 fot) ved hjelp av kjemisk dampavsetningsmetoder; både romteleskopene Herschel og Gaia benytter speil av silisiumkarbid.

Varmeledningsevne måler materialers evne til å overføre varme gjennom seg ved bestemte temperaturer, og måles i watt per meter-kelvin. Denne egenskapen kan endres ved å endre materialets sammensetning, struktur og tilstand. Omvendt måler varmemotstand eller varmeisolasjon hvor godt materialer holder på eller bevarer varmen.

Karborundum fremstilles ved å blande kvartssand med karbon i en elektrisk lysbueovn ved høye temperaturer – vanligvis mellom 1 600 degC og 2 500 degC – noe som vanligvis resulterer i et svart, grått eller brunt pulver kjent som karborundum når det ikke består av rent silisium.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Silisiumkarbid (SiC) er et naturlig forekommende, hardt og skarpt materiale som er kjent for sin motstandsdyktighet mot varme og kjemisk angrep. Når det krystalliseres, danner det tettpakkede kovalente bindinger mellom fire silisium- og fire karbonatomer, noe som resulterer i en sterk, svært tetraedrisk koordinasjon mellom de fire karbonatomene. Dette gir en eksepsjonell styrke, motstand mot vanlige syrer, salter og baser, samt at det er en enestående elektrisk leder.

Korrosjon av silisiumkarbid kan oppstå gjennom flere mekanismer, for eksempel vannreaksjoner, hydrering eller hydrotermisk oksidasjon; kjemisk korrosjon er den vanligste formen og forekommer vanligvis ved lavere temperaturer.

Silisiumkarbid fremstilles ved å smelte og pulverisere naturlig eller syntetisk kvartssand eller koks i en elektrisk motstandsovn, for deretter å sortere, male og bearbeide det til ulike bruksområder. I dag produseres det for ildfaste materialer, metallurgi og elektronikkindustrien. For eksempel: I ildfaste materialer brukes det til å lage ovnhyller og foringer som brukes ved brenning, smelting og støping av keramikk, mens det i elektronikkindustrien brukes til å produsere effekttransistorer som opererer ved henholdsvis svært høye temperaturer og spenninger.

Elektrisk ledningsevne

Silisiumkarbid har utmerket elektrisk ledningsevne på grunn av det store antallet frie elektroner i materialet. Når det utsettes for et elektrisk felt, beveger disse elektronene seg med utrolig høy hastighet gjennom materialet og skaper dermed strøm. Jo høyere elektrisk ledningsevne, desto mer strøm genereres for et gitt felt.

SiC er et ideelt materialvalg for kraftapplikasjoner på grunn av sin evne til å tåle høye strømstyrker, temperaturer og frekvenser, samtidig som det har egenskapene til en halvleder med bredere båndgap, noe som gjør at det kan brukes ved mye høyere spenninger enn det mer populære silisiumet.

Rent silisiumkarbid er et fargeløst krystall med kubisk krystallstruktur, og kan renses ytterligere ved å tilsette ulike mengder urenheter som nitrogen eller aluminium – disse urenhetene gjør at det kan få egenskaper både som isolator og halvleder, avhengig av hvordan de innføres i dets kjemiske sammensetning.