Silisiumkarbid Formel

Silisiumkarbid, ofte kalt karborundum, er en hard og sterk ikke-oksidkeramikk med unike fysiske egenskaper som ofte brukes i slipemidler og metallurgiske applikasjoner.

SiC ble opprinnelig produsert ved hjelp av Acheson-prosessen, men i dag masseproduseres det ved hjelp av en elektrisk motstandsovn der ren silikasand blandes med finmalt koks, noe som gir gulgrønne til blåsorte krystaller med en iriserende glans som skiller seg ut.

Fysiske egenskaper

Silisiumkarbid (SiC) er en ekstremt hard, krystallinsk forbindelse av silisium og karbon, kjent som Moissanite, som først ble oppdaget i sin naturlige form (Canyon Diablo-meteoritten i Arizona) av nobelprisvinneren i kjemi Henri Moissan i 1893 som en del av hans undersøkelse av naturlige materialer.

Silisiumkarbid har en lagdelt krystallstruktur og finnes i ulike polytyper med spesifikke stablingsarrangementer av silisium- og karbonatomer, kjent som et arrangement som kalles 3C-SiC; selv om det finnes over 100 andre strukturer med lignende kjemiske og fysiske egenskaper.

Silisiumkarbid kan omdannes til keramiske materialer ved å sintre (binde partiklene sammen ved høye temperaturer) ved hjelp av ulike metoder. En populær prosess for å gjøre dette er reaksjonsbundet SiC, også kjent som Hexoloy(r), som bruker reaksjonsbundet SiC-pulver blandet med porøst karbonråstoff gjennom tilsetningsforming, støping eller ekstrudering for å produsere fullstendig fortettet keramisk materiale med eksepsjonelle kjemiske og mekaniske egenskaper som fungerer ved ekstreme temperaturer ved sluttbruk.

Kjemiske egenskaper

Silisiumkarbid har mange fordelaktige egenskaper som gjør det til en verdifull industriell forbindelse. Det er kjemisk inert og motstandsdyktig mot korrosjon. Dessuten er silisiumkarbid et utmerket slipemiddel som har blitt mye brukt i moderne lapidarium på grunn av sin holdbarhet og Mohs-hardhetsgrad på 10,5.

Dette krystallinske materialet kan dopes for å produsere både n-type og p-type halvledere, der nitrogendoping gir førstnevnte og gallium-, aluminium- eller bordoping gir sistnevnte. Det tåler høye temperaturer og reagerer ikke med alkalier eller de fleste organiske stoffer, med unntak av flussyre.

Silisiumkarbidets ekstraordinære motstandsdyktighet har ført til at det brukes i alt fra keramiske bremseskiver til sportsbiler og skuddsikre vester til pumpeakselpakninger på grunn av sin høye varmeledningsevne og evne til å lede bort friksjonsvarme før den overføres til lagerflater av stål. Den komplekse kjemiske sammensetningen gjør dessuten at det finnes flere former eller polytyper som inneholder ulike krystallstrukturer og bindingsforhold.

Elektriske egenskaper

Silisiumkarbid har fått fornyet anerkjennelse de siste årene på grunn av sine eksepsjonelle mekaniske egenskaper som høy hardhet og kjemisk inertitet, men det har også nyttige elektriske egenskaper. På grunn av sin krystallinske struktur gjør silisiumkarbid det mulig å tilføre urenheter, såkalt doping, for å skape flere frie ladningsbærere som elektroner og hull i materialet, noe som øker ledningsevnen.

Silisiumkarbid har en unik atomstruktur som gir relativt høy varmeledningsevne på grunn av den tette pakkingen av atomene med store radier og den påfølgende fononiske ledningen. Dette gir silisiumkarbid en fordel i forhold til andre strukturelle keramer som aluminiumnitrid og beryllia, som har lavere varmeledningsevne på grunn av større atomradier.

Silisiumkarbid forekommer naturlig som det krystallinske mineralet moissanitt i små mengder, men det meste av silisiumkarbidet som brukes kommersielt, fremstilles syntetisk for bruk som slipemiddel eller avansert ildfast materiale ved å antenne en blanding av silikasand og karbon i en elektrisk motstandsovn.

Mekaniske egenskaper

Silisiumkarbid (SiC) er et ekstremt hardt keramisk materiale med en hardhet på Mohs' hardhetsskala på 9. Det opptrer vanligvis som gule til grønne til blåsorte, iriserende krystaller som sublimerer ved 2700 °C før de spaltes i vann eller med alkalier og jern ved høyere temperaturer, og har utmerket korrosjonsbestandighet og styrke ved temperaturer opp til 1600 °C. Tekstur, kornstørrelse, stablingsfeil, urenheter og stablingsfeil spiller en underordnet rolle for de mekaniske egenskapene.

Moissanitt produseres industrielt gjennom Acheson-prosessen, som innebærer at silisiumdioksyd blandes med karbon i en elektrisk ovn ved høye temperaturer ved hjelp av Acheson-metoden, eller finnes naturlig som moissanitt som først ble oppdaget i Canyon Diablo-meteorkrateret i Arizona i 1893. Moissanitt har lenge vært anerkjent som et viktig materiale i avansert funksjonell keramikk, slipemidler og metallurgiske råmaterialer på grunn av sin utmerkede varmeledningsevne og minimale varmeutvidelse samt eksepsjonelle kjemiske stabilitet; motstandsdyktig mot de fleste organiske og uorganiske syrer samt salter, men flussyre eller syrefluorider er til stede.