Smeltepunkt for silisiumkarbid

Silisiumkarbid (ofte kalt SiC) er et syntetisk krystallinsk stoff uten farge i ren tilstand, som brukes til å lage slipemidler, ildfaste materialer, keramikk, glass og harde legeringer som stål.

SiC produseres ved å smelte silikasand og karbon sammen i elektriske motstandsovner ved høye temperaturer. Bor kan bidra til å øke fortettingen.

Temperatur

Silisiumkarbid (SiC) er et hardt og ildfast halvledermateriale med polytypiske strukturer basert på stablingssekvenser av karbon- og silisiumatomer, mest fremtredende er sink-blende (3C SiC). Andre SiC-strukturer kan ha kubisk, sekskantet eller romboedrisk form, og for identifikasjonsformål brukes navn som alfa-SiC eller beta-SiC. SiCs gule til grønne til blåsvart iriserende krystaller sublimerer ved 2700 grader C med tettheter som nærmer seg 3,21 g cm-3 tetthet for sublimering.

Edward Goodrich Acheson gjorde oppdagelsen og den påfølgende kommersielle produksjonen kjent som Carborundum i 1893, navnet som ble gitt til den krystallinske formen. I dag brukes dette harde stoffet ofte som slipemiddel i slipeskiver og skjæreverktøy i metall, i tillegg til at det fôres inn i ovner for å danne produksjonsanlegg for ikke-jernholdige metaller og som ildfast materiale som brukes under varmebehandling av metaller, i glassproduksjonsprosesser og i produksjonsanlegg for halvlederelektronikk.

Silisiumkarbidets smeltepunkt avhenger av trykket. Som vist i figur 2, representerer den eksperimentelle kurven en rekke slukkeforsøk utført under ulike temperaturer og trykkforhold. Som det fremgår av en negativ helning på kurven, synker smeltetemperaturen med økende trykk, slik ab initio-beregninger basert på tetthetsfunksjonell teori forutsier. Denne trenden stemmer overens med ab initio-forutsigelser som er gjort ved hjelp av ab initio-modeller av tetthetsfunksjonalteori. American Elements tilbyr et imponerende utvalg av silisiumkarbid med høy renhet, både standard og spesialtilpassede sammensetninger, stenger, staver, plater og pulverformer - samt andre maskinbearbeidede former på forespørsel - med hensyn til renhetsnivåer og andre egenskaper, for eksempel metallorganiske forbindelser eller løsninger. Dette brede utvalget kan kjøpes som standardmateriale fra lager hos American Elements eller tilpasses etter kundens spesifikasjoner for bruk i forskningsapplikasjoner.

Trykk

Silisiumkarbid (SiC) er en ekstremt hard, kovalent bundet forbindelse av silisium og karbon som forekommer naturlig som mineralet moissanitt, og som har blitt masseprodusert siden 1893 for bruk som slipemiddel. Silisiumkarbidkorn kan også kombineres via sintring for å danne hard keramikk med mange bruksområder; doping med nitrogen eller fosfor danner en halvleder av n-typen, mens doping med bor, aluminium, gallium eller beryllium kan produsere halvledere av p-typen.

Silisiumkarbid smelter ved ulike trykk avhengig av krystallstruktur og temperatur, der alfa-modifiseringen (a-SiC) har heksagonale, tettpakkede korn som ligner på wurtzitt, mens beta-modifiseringen (b-SiC) har sinkblende-krystallstruktur som ligner på diamant. SiC består av flere polymorfe former som varierer i enhetsceller fra kubiske til romboedriske enhetsceller; den mest utbredte av dem er alfamodifiseringen, som har heksagonale, tettpakkede korn som ligner på wurtzitt, mens betamodifiseringen (b-SiC), som begge har tettpakkede, heksagonale, tettpakkede, heksagonale, tettpakkede, heksagonale, tettpakkede, heksagonale, tettpakkede, heksagonale, tettpakkede, tettpakkede, heksagonale, tettpakkede, heksagonale, tettpakkede krystallstrukturer som ligner på wurtzit.

a-SiC av silisiumkarbid brukes ofte til poleringspapir og slipemedier, mens motstykket b-SiC har begrenset kommersiell anvendelse. Smeltepunktene deres er målt opp til temperaturer på 3300 K, og under disse forholdene smeltet begge typene sammen med en ugunstig helning på -44+4 K/GPa på smeltekurven, noe som indikerer høyere tetthet av smeltet a-SiC enn b-SiC.

Tetthet

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt materiale med utmerket korrosjons- og slitestyrke, med et høyt smeltepunkt som tåler store trykk og ingen kjemiske urenheter - det kan derfor smeltes om til ulike metaller ved romtemperatur eller ved bruk av høyt trykk. Brukes først og fremst som slipemiddel og ildfast materiale i f.eks. ovnsforinger. Silisiumkarbid motstår også de fleste organiske stoffer, uorganiske syrer og salter (unntatt flussyre), men ikke flussyre!

Silisiumkarbidets ildfaste egenskaper har ført til at det brukes i slipeprodukter som bilbremser og clutcher, samt keramiske plater til skuddsikre vester. Det brukes også i produksjonsmaskiner, inkludert bor, slipeskiver, freser og laserskjæringssystemer. I tillegg har det et stort båndgap som egner seg for elektroniske komponenter som radarsystemer, mikrobølgeantenner, solceller og høyspenningsenheter.

Silisiumkarbid har en tetthet på mellom 2,8 og 3,2 g/cm3. Det smelter ved lave temperaturer og danner et krystallgitter av silisiumkarbon-tetraeder med sterke kovalente bindinger mellom karbon- og silisiumatomer. Det er enkelt å forutsi smeltepunktet ved hjelp av molekyldynamikksimuleringer basert på tetthetsfunksjonell teori (DFT-simuleringer); smeltetemperaturen når en topp på rundt 1200 °C, mens minimumsverdien ligger på 3000 °C. Smeltekurven har en negativ helningsverdi på -44+4 K/GPa, noe som stemmer godt overens med eksperimentelle data om smelter.

Kjemisk sammensetning

Silisiumkarbid (SiC) er et uløselig krystallinsk materiale, vanligvis gult til grønt i fargen med blåsvarte nyanser, som sublimerer ved 2700 grader C og sublimerer til pulverform. Selv om det er uløselig i vann, løses det opp i alkalier (NaOH og KOH) eller jern. Mens den er uoppløselig, sublimerer den ved 3,21 g cm-3 med sublimeringstemperatur rundt 2700 ° C.

Silisiumkarbid kombinerer Si- og C-atomer i to primære koordinasjonstetraeder, med fire Si-atomer bundet til et sentralt karbonatom, som deretter er knyttet sammen i hjørnene og stabler seg for å danne polare strukturer som gir dette materialet dets hardhet. Det finnes ulike stablingssekvenser, eller polytyper, av Si- og C-atomer i silisiumkarbidkrystaller, noe som gir dette materialet dets mange ulike former og egenskaper.

Rent silisiumkarbid er vanligvis en elektrisk isolator, men ledningsevnen kan forbedres ved doping med nitrogen eller fosfor og tilsetning av bor eller aluminium. Karborundum, som brukes i krystallradioer, inneholder ofte dopet silisiumkarbid.

Siden 1912 har silisiumkarbid blitt brukt som slipemiddel. I tillegg brukes det til å lage ildfaste foringer, høytemperaturstein og keramikk, bildeler, slipeskiver, skjæreverktøy, harde elektriske komponenter og komponenter til skuddsikre vester. Silisiumkarbid har det høyeste smeltepunktet og den hardeste Mohs-klassifiseringen blant avanserte keramiske materialer, og den tette konstruksjonen hindrer kjemiske angrep, noe som gjør at det fortsatt er populært som slipemiddel.