Egenskaper for silisiumkarbid

Silisiumkarbid er et ekstremt seigt og slitesterkt keramisk materiale som ikke er et oksid, og som har mange ønskelige egenskaper. Det tåler ekstreme mekaniske påkjenninger og trykk uten å sprekke under trykk, og i tillegg har det utmerkede korrosjonsbeskyttende egenskaper som beskytter komponenter mot aggressive syrer eller alkaliske kjemikalier som kan korrodere komponenter.

Safirs halvlederegenskaper gjør det uvurderlig for elektroniske anvendelser: safir har en høyspenningstoleranse som er ti ganger bedre enn silisium. Doping med nitrogen og fosfor skaper halvledere av n-typen; aluminium, bor og gallium er ideelle alternativer for å produsere halvledere av p-typen.

Høy styrke

Silisiumkarbid (SiC) er et inert materiale som består av karbon- og silisiumatomer bundet sammen kovalent gjennom kjemiske bindinger. Det finnes naturlig som moissanitt, men har siden 1893 blitt masseprodusert i pulver- og krystallform for bruk som slipemiddel og ildfast materiale. SiC har en av de høyeste styrkene blant avanserte keramiske materialer; det brukes mye i bilbremser, clutcher og skuddsikre vester på grunn av sin holdbarhet, i tillegg til at det er svært korrosjonsbestandig og temperaturtolerant.

SiC er et teknisk keramisk materiale med en strekkfasthet som kan sammenlignes med stål, samtidig som bruddmodulen overgår alle andre tekniske keramiske materialer. På grunn av sin overlegne kjemiske inertitet tåler SiC eksponering for sterke syrer og baser og egner seg derfor godt til bruksområder der disse forekommer.

SiC er kjent for å ha overlegen erosjonsmotstand blant avanserte keramiske materialer, med en lav termisk ekspansjonskoeffisient - noe som gjør det til det ideelle materialvalget for komponenter i kjemiske anlegg, møller, ekspandere og ekstrudere samt ekstruderdyser. SiC kan også skilte med høy slitestyrke ved høye temperaturer, overlegen korrosjons-/kjemisk inertitet og evne til å motstå mekaniske støt, noe som gjør det uunnværlig i mange teknologiske innretninger, inkludert instrumenter i romfartøyer på BepiColombo-oppdraget og solcellepaneler som utsettes for kvikksølvmiljøer. I tillegg har SiC 10 ganger sterkere elektrisk feltstyrke enn silisium, slik at det trengs mindre på-motstand for å oppnå samme motstandsspenning.

Motstandsdyktighet mot høye temperaturer

Silisiumkarbid (SiC) er et inert keramisk materiale med sterk mekanisk styrke og utmerkede egenskaper mot termiske sjokk, som også er svært kjemikaliebestandig og gir korrosjonssikre løsninger i ulike industrielle miljøer. SiC kan enkelt formes til sterke produkter for kommersiell og militær bruk med eksepsjonell styrke ved temperaturer opp til 1400 grader Celsius uten å miste mekanisk styrke eller bli følsom for termisk sjokk; dessuten motstår det korrosjon forårsaket av ulike stoffer og substanser.

SiC er et allsidig materiale med eksepsjonelle fysisk-kjemiske egenskaper som gjør det egnet for en rekke industrielle bruksområder. De fysisk-kjemiske egenskapene gjør SiC til et ideelt materiale for alt fra slipeskiver og maskineringsverktøy til skuddsikre vester. SiC utmerker seg spesielt i varmebestandige bruksområder som pumpelagre, ventiler og sandblåsingsinjektorer - for ikke å snakke om at det er en uvurderlig komponent i romfartsapplikasjoner på grunn av sin evne til å motstå de ekstreme temperaturene og strålingsnivåene som finnes i verdensrommet.

SiC er et keramisk halvlederhybridmateriale, noe som gjør det til det perfekte materialet for å kombinere keramiske og halvlederegenskaper i høyhastighets- og høyspenningsenheter. På grunn av sin utmerkede motstand mot høye temperaturer og støtdempende egenskaper kan SiC også bidra til å lage ladestasjoner for elbiler, solcelleomformere og energilagringssystemer. Det kompakte materialet bidrar dessuten til å redusere størrelse og vekt, noe som gjør det enklere å kjøre elbiler over lengre avstander.

Høy varmeledningsevne

Silisiumkarbid (SiC eller karborundum) er en uorganisk kjemisk forbindelse som består av silisium- og karbonatomer, og som forekommer naturlig i form av edelstenen moissanitt. Pulver- og krystallformer av dette harde kjemiske materialet produseres imidlertid kommersielt for å brukes som slipemateriale og i ildfaste keramiske applikasjoner for bilbremser, clutcher og skuddsikre vester - eller som brukes i selve halvlederenhetene.

Den høye varmeledningsevnen gjør at disse materialene kan overføre varme effektivt selv ved ekstreme temperaturer, noe som gjør dem til en viktig komponent i elektroniske materialer som bidrar til å redusere strømtap ved å flytte varme effektivt mellom områder - en spesielt fordelaktig egenskap når de dopes med nitrogen, fosfor, beryllium, aluminium eller gallium for å skape halvledere av n- og p-type.

I tillegg har materialet en lav termisk ekspansjonskoeffisient - noe som betyr at det ikke utvider seg eller trekker seg vesentlig sammen ved plutselige temperaturendringer - noe som bidrar til å redusere brudd og sprekkdannelser når det utsettes for plutselige temperaturendringer.

Kombinasjonen av egenskapene til silisiumkarbid - høy styrke og holdbarhet, varmeledningsevne og rask varmespredning - gjør det til et utmerket materialvalg for produksjon av elektroniske enheter som må tåle utfordrende miljøer, som elektriske kjøretøy og solcelleomformere som genererer betydelig varme. I slike tilfeller må varmen ledes raskt bort for ikke å bli overopphetet og føre til langvarig forringelse av ytelsen.

Høy motstandskraft mot korrosjon

Silisiumkarbid har eksepsjonell korrosjonsbestandighet i ulike miljøer, spesielt i miljøer som inneholder sure forbindelser, noe som gjør det til et ideelt materiale for krevende bruksområder som slipe- og skjæreverktøy, strukturelt materiale (skuddsikre vester/komposittpanser), bildeler og lynavledere.

Styrken til silisiumkarbid ligger i den krystallinske strukturen, som består av silisium- og karbonatomer som er tett bundet sammen i en gitterstruktur. Materialet har dessuten høy bruddseighet. Den kjemiske inertiteten gjør at det tåler ekstremt tøffe miljøforhold uten at det går på bekostning av styrke eller pålitelighet.

Silisiumkarbidens korrosjonsbestandighet forsterkes av det tette beskyttende laget av silisiumdioksid, som hindrer oksygen i å trenge inn i silisiumkarbidens indre og beskytter det mot sure eller basiske stoffer som kan påvirke det.

SiCs halvlederegenskaper med bredt båndgap gjør det også mer motstandsdyktig mot elektriske felt enn standard silisium, noe som gir kraftomformingssystemer med redusert energitap og forbedret systemeffektivitet.

SiC er et utmerket materiale for kontroll av elektrisk ledningsevne gjennom doping med aluminium-, bor-, gallium- eller nitrogenatomer, noe som gjør det enkelt å variere den elektriske ledningsevnen og mulig å oppnå supraledning gjennom ytterligere modifikasjoner - noe som gjør det til et uvurderlig materiale i elektroniske kretser som høyeffektsdioder og sensorenheter.

Ekstremt slipende

Silisiumkarbid, en ikke-oksydholdig keramikk som består av silisium og karbon, ble først syntetisert kunstig i 1891 av Edward Goodrich Acheson, og har siden den gang blitt en viktig ingrediens i sandpapir og slipeskiver, i tillegg til at det brukes til å lage ildfaste foringer til industriovner og belegg til skjæreverktøy. I det siste har det også blitt brukt i produksjonen av halvledersubstrater til lysdioder (LED).

SiC er en halvleder med bredt båndgap, noe som betyr at det krever mer energi å flytte elektroner inn i ledningsbåndet enn silisium (Si). På grunn av denne forskjellen kan SiC håndtere høyere elektriske felt og svitsje raskere - to viktige krav i moderne kraftkonverteringsapplikasjoner.

Nitridbundet silisiumkarbid har også vist seg å ha overlegne antislitasjeegenskaper under jordtester, og overgår andre topplagsmaterialer ved å ha lavere slitestyrkeindekser enn stål - fem ganger høyere under tunge jordforhold enn under middels og lette forhold - noe som tyder på at det kan erstatte stål i de fleste jordbearbeidingsapplikasjoner.

Ekstremt vanskelig

Silisiumkarbid (SiC) er et av de hardeste materialene vi kjenner til, med en Mohs-hardhetsgrad på 9. Det er bare diamant og borkarbid som kan måle seg med hardheten. På grunn av denne hardheten er SiC svært motstandsdyktig mot slitasje, noe som gjør det velegnet til mekaniske tetninger, skjæreverktøy og andre industrielle bruksområder med høye nivåer av fysisk stress eller trykk.

SiC er en utmerket varmeleder, og tåler høye temperaturer samtidig som det er sterkt. Sammen med den kjemiske motstandsdyktigheten og nøytronabsorpsjonsevnen er SiC et ideelt materiale for mange kjernefysiske og tøffe kjemiske miljøer.

SiC anses ofte for å være en dårligere konkurrent til sitt motstykke borkarbid (B4C), på grunn av sin lavere elektriske ledningsevne. Denne forskjellen skyldes først og fremst at B4C er en isolator, mens SiC er et rent halvledermateriale.

SiCs unike kombinasjon av egenskaper har gjort det til et populært materiale for høyytelsesapplikasjoner som blåsemunnstykker, syklonkomponenter og pumpelagre. Materialets utmattings- og bruddseighet, kjemiske inertitet, lave varmeutvidelseskoeffisient og høye smeltepunkt gjør at det tåler selv ekstreme og krevende forhold uten å sprekke under belastning.