Silisiumkarbidforbindelse

Silisiumkarbid, ofte kalt karborundum, er en ekstremt hard syntetisk krystallinsk forbindelse som består av silisium og karbon, og som kjennetegnes av høy varmeledningsevne, lav utvidelseskoeffisient, motstand mot kjemiske reaksjoner og halvledende egenskaper.

Moissanitt, det naturlige motstykket, forekommer som mineral, men finnes bare i svært begrensede mengder i meteoritter og kimberlittforekomster, og fremstilles derfor nesten utelukkende syntetisk.

Hardhet

Silisiumkarbid (SiC) er en hard forbindelse av silisium og karbon, og forekommer naturlig som mineralet moissanitt i meteorkrateret Canyon Diablo i Arizona. Edward Acheson startet masseproduksjon av SiC i 1893 for å bruke det som slipemiddel i industrien, men siden den gang har det blitt mye brukt i keramiske produkter med lang levetid, for eksempel i bilbremser/koblinger/vesker.

Hardhetsmålinger på Mohs-skalaen plasserer det blant de hardeste materialene vi kjenner til, noe som gjør det til et av de tøffeste materialene som finnes. Den svært høye hardheten (9 på Mohs-skalaen) gjør det dessuten slitesterkt nok til å motstå slag og slitasje, og det er korrosjonsbestandig og har lav varmeledningsevne og ekspansjonshastighet sammenlignet med lignende materialer. Doping med bor, niob eller aluminium gjør det dessuten til et halvledermateriale av p-typen.

Silisiumkarbid har en tettpakket struktur bestående av karbon- og silisiumatomer som er kovalent bundet sammen i fireatombindinger via tetraedriske bindinger, noe som gjør det til et fast stoff som er uløselig i vann, alkohol og de fleste organiske forbindelser, men løselig i smeltede alkalier og jern. SiC er kjent for sine fascinerende elektriske egenskaper; motstanden varierer over syv størrelsesordener på grunn av de mange polytypene som finnes i den kjemiske sammensetningen.

Holdbarhet

Silisiumkarbid er svært slitesterkt og tåler høye trykknivåer. Smeltepunktet er over 2000 °C, og den lave varmeutvidelseskoeffisienten gjør det egnet for bruk ved høye temperaturer.

Edward Goodrich Acheson var først ute med kommersiell produksjon i 1891. Acheson brukte kull som elektrode og varmet opp en blanding av leire og pulverisert koks i en jernskål. Det dannet seg lysegrønne krystaller som var svært harde og lignet diamanter; denne forbindelsen ble opprinnelig kalt karborundum, men er i dag kjent som SiC.

Karbonfiberarmert plast (CFRP) er et utrolig materiale og et av de hardeste stoffene vi kjenner til, bare slått av diamant, kubisk bornitrid og borkarbid. Med en Mohs-hardhetsgrad på 9 brukes karbonfiber i stor utstrekning på en lang rekke områder: Det brukes som slipemiddel i sandpapir og slipeskiver, i industriovner som ildfast materiale i ovner, som skjæreverktøy i skjærebord og til og med i bilbremser og -koblinger!

Keramikkens kjemiske inertitet gjør at den motstår korrosjon fra ulike kjemikalier og opprettholder styrken over et bredt temperaturområde. Keramikk er også en integrert komponent i komposittpansersystemer som er effektive mot både nåværende og nye ballistiske trusler, inkludert Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories' høytytende, lette SiC-keramikk, som reaksjonsbundet SiC (RBSC), sintret SiC og karborundum til dette formålet.

Termisk konduktivitet

Silisiumkarbid er vanligvis en isolator i sin reneste form, men ved tilsetning av urenheter eller doping kan det oppvise halvledende egenskaper. Materialet har dessuten enestående holdbarhetsegenskaper for bruksområder med høye temperaturer, og det kan skilte med lave nøytrontverrsnitt og motstand mot strålingsskader.

Varmeledningsevnen til SiC avhenger av strukturen og krystallstørrelsen. Som for de fleste faste stoffer øker varmeledningsevnen med temperaturen. Enkeltkrystallinsk SiC har høy varmeledningsevne, mens polykrystallinsk SiC har en tendens til å ha lavere verdier på grunn av tilfeldig fordeling av korn som bidrar til overflatespredningseffekter.

Silisiumkarbid finnes i ulike polymorfe former, der alfa-silisiumkarbid (a-SiC) er den mest kjente varianten. A-SiC har en heksagonal krystallstruktur som ligner den man ser i wurtzitt, mens betamodifiseringen b-SiC har en sinkblende-krystallstruktur som ligner på diamant, og mindre vanlige former kan til og med fungere som støttemateriale for katalysatorer.

Nye SEM-bilder av både a-SiC og b-SiC ble samlet inn for å studere hvordan synteseprosessen påvirket mikrostrukturen og varmeledningsevnen. Resultatene viste at varmeledningsevnen til a-SiC avtok med økende halsstørrelse, noe som tyder på at diffus overflatespredning var årsaken. Derimot økte varmeledningsevnen til b-SiC med halsstørrelsen; denne trenden stemmer overens med Callaway-Holland-modellens prediksjoner av temperaturavhengigheten til varmeledningsevne for fononiske krystaller.

Elektrisk ledningsevne

Silisiumkarbid, en hard kjemisk forbindelse som består av silisiumdioksyd og karbon, brukes i stor utstrekning som slipemiddel i lapidariske og industrielle miljøer, for eksempel til sandpapir, slipeskiver, vannstråleskjæring og sandblåsing. Ildfaste foringer, varmeelementer og brennermunnstykker bruker også ofte dette varmebestandige materialet med en ekstremt holdbar Mohs-hardhet på 9. I tillegg er silisiumkarbid kjemisk inert og motstandsdyktig mot korrosjon fra saltsyre, svovelsyre og flussyre.

Elektrisk sett er SiC vanligvis en isolator i ren tilstand, men med visse tilsetninger eller dopingmidler kan det oppvise halvlederegenskaper, for eksempel n-type ledningsevne gjennom deling av elektronpar i den tetraedriske kovalente bindingsstrukturen gjennom såkalte sp3-hybridorbitaler.

SiC-enkeltkrystaller med en iboende ledningsevne på ca. 3,1 +-0,2 eV har høyere ledningsevne enn rent silisium eller galliumnitrid, noe som tyder på at de kan gi bedre elektrisk ledningsevne for elektriske anvendelser.

Henan Superior Abrasives' silisiumkarbidprodukter er et ideelt valg for bruk i elektroniske enheter på grunn av deres overlegne spenningsmotstand - 10 ganger større enn vanlig silisium og bedre enn galliumnitrid! I tillegg har vårt utvalg av høykvalitets silisiumkarbider utmerkede egenskaper når det gjelder oksidasjon og motstand mot termisk sjokk, noe som gjør dette materialet perfekt til bruk i elektroniske enheter. Med vår forpliktelse til kundetilfredshet og fortreffelighet i hjertet, kan du bare stole på det beste fra oss! Ring oss nå for å få mer informasjon om produktene våre! Kontakt oss nå for å finne ut mer!