Silisiumkarbid er ekstremt hardt, men likevel ikke like hardt som diamant. Likevel er det det nest hardeste materialet som finnes.<\/p>\n
Por\u00f8se diamantpreformer bundet med karbon gjennomg\u00e5r infiltrasjon ved at silisium tilf\u00f8res ved hjelp av kapill\u00e6rkraft ved temperaturer som overstiger dets smeltepunkt, hvorp\u00e5 karbonbindemidlet omdannes til grafitt.<\/p>\n
Silisiumkarbid-diamant er et materiale som t\u00e5ler ekstremt h\u00f8ye temperaturer og har utmerket varmeledningsevne, og det brukes i stor utstrekning innen elektro-, elektronikk- og industriell ingeni\u00f8rfag. Anvendelsesomr\u00e5dene omfatter kj\u00f8ling og oppvarming av halvledere, transistorer og kraft-LED-er, samt belysningsapplikasjoner for LED-skjermer. Varmeledningsevnen til SiC\/diamant-kompositter avhenger av flere faktorer, blant annet mengden og st\u00f8rrelsen p\u00e5 diamantpartiklene, sammensetningen av bindematerialet og strukturen p\u00e5 grensesnittene mellom komponentene, samt hvilken innvirkning grafittlagene mellom lagene har p\u00e5 materialets varmeledningsevne.<\/p>\n
Siden forrige ti\u00e5r har utviklingen av sv\u00e6rt slitesterke materialer med utmerket varmeledningsevne v\u00e6rt et kontinuerlig m\u00e5l for forskning og utvikling. \u201cSilisiumkarbid-diamant\u201d-materialer kan fremstilles ved at flytende silisium trenger inn ved hjelp av kapill\u00e6rkrefter ved temperaturer over 1425 \u00b0C, slik at det dannes kubiske b-SiC-strukturer som kan erstatte tradisjonelle st\u00e5lmaterialer som lagre, tetninger eller innvendige foringer i industrielle anvendelser.<\/p>\n
For \u00e5 oppn\u00e5 optimal varmeledningsevne i SiC\/diamant-kompositter kan man benytte en bimodal fordeling av diamantkorn i ulike st\u00f8rrelser og andeler for \u00e5 \u00f8ke varmeledningsevnen. Bimodale systemer gir betydelig h\u00f8yere varmeledningsevne sammenlignet med monomodale systemer, takket v\u00e6re grafittlignende atomlag mellom diamantkornene og deres vertsmatrise av b-SiC-matrisemateriale.<\/p>\n
I tillegg er grafittiske atomlag orientert vinkelrett p\u00e5 grensesnittet, noe som skaper bimodale systemer med relativt store overflatearealer som \u00f8ker varmeledningsevnen. Varmeledningsevnen \u00f8ker enda mer hvis diamant sintres ved h\u00f8yere temperaturer eller holdes i kortere tid under silisiuminfiltrasjonen \u2013 noe som \u00f8ker den til et niv\u00e5 som overstiger den for rent b-SiC! Videre avhenger materialenes varmeledningsevne ogs\u00e5 av mengden fritt silisium og diamant de inneholder.<\/p>\n
Silisiumkarbid, som best\u00e5r av silisium- og karbonatomer, har en enest\u00e5ende Mohs-hardhet p\u00e5 9,5 og er dermed det nest hardeste materialet etter diamant. Takket v\u00e6re sin styrke og holdbarhet har silisiumkarbid mange industrielle anvendelser.<\/p>\n
Silisiumkarbid har mange av de samme egenskapene som diamant, blant annet krystallstrukturen, som er tetraedrisk \u2013 fire atomer av hvert element deler et flate-sentrert kubisk gitter og danner sterke kovalente bindinger som ligner diamantens sterke tetraedriske bindinger \u2013 samt h\u00f8y strekkfasthet og lav friksjonskoeffisient, noe som gj\u00f8r begge materialene til utmerkede materialer for arbeidsstykker.<\/p>\n
Silisiumkarbid kan fremstilles ved hjelp av flere ulike metoder, og syntetisk silisiumkarbid fremstilles ved smelting av kvartssand, petroleums- eller kullkoks, flis eller andre r\u00e5varer i h\u00f8ytemperaturovner. N\u00e5r det er fremstilt, utviser silisiumkarbid h\u00f8y hardhet, har et h\u00f8yt smeltepunkt og er motstandsdyktig mot oksidasjon selv under ekstreme temperaturforhold.<\/p>\n
Silisiumkarbid har mange praktiske bruksomr\u00e5der i industrien. Et slikt bruksomr\u00e5de er i slipemidler. Takket v\u00e6re sine eksepsjonelle motstands- og styrkeegenskaper er silisiumkarbid en uunnv\u00e6rlig del av sandpapir, slipeskiver og skj\u00e6reverkt\u00f8y. Silisiumkarbid brukes ogs\u00e5 som isolasjonskomponent i industrielle ovner, samt i slitesterke deler p\u00e5 pumper og rakettmotorer og som halvledersubstrater som brukes til lysdioder (LED).<\/p>\n
Det finnes ulike metoder for \u00e5 fremstille silisiumkarbid. Tradisjonelle teknikker inneb\u00e6rer bruk av en sintringsprosess der pulverisert silisium og karbon blandes i en smelte under h\u00f8yt trykk for \u00e5 danne en sintret blokk av silisiumkarbid som deretter kan skj\u00e6res til \u00f8nskede former og st\u00f8rrelser. Et annet alternativ inneb\u00e6rer \u00e5 la flytende silisium reagere med por\u00f8s grafitt; dette skaper svart syntetisk moissanitt som har noen av de samme mekaniske egenskapene uten \u00e5 v\u00e6re like kostbart.<\/p>\n
Det har vist seg at spesialproduserte diamantmaterialer bundet med silisiumkarbid, med grafittlignende mellomlag ved grensesnittet, har en usedvanlig h\u00f8y styrke som til og med overg\u00e5r styrken til grafittfrie diamant\/SiC-grensesnitt, selv om det er uklart om dette skyldes de grafittlignende lagene ved grensesnittet.<\/p>\n
Diamanter av silisiumkarbid er ekstremt slitesterke materialer med utmerket kjemisk stabilitet, noe som gj\u00f8r dem egnet til slitasjeutsatte anvendelser som tetninger, innvendige foringer og dyser. Videre er disse diamantene ypperlige skj\u00e6reverkt\u00f8y. Takket v\u00e6re sin sterke krystallstruktur og gode hardhetsegenskaper er maskinering av silisiumkarbiddiamanter relativt enkel sammenlignet med mange andre harde materialer, og de har ogs\u00e5 lav friksjonskoeffisient, noe som gj\u00f8r dem egnet for industriell bruk.<\/p>\n
Diamanter av silisiumkarbid har gjennomg\u00e5tt en rask utvikling p\u00e5 grunn av \u00f8kte krav til slitestyrke. Silisiumkarbid, en uorganisk forbindelse best\u00e5ende av karbon og silisium med sekskantet krystallstruktur, kan fremstilles i ulike former og st\u00f8rrelser. Edward Goodrich Acheson skapte den f\u00f8rste silisiumkarbidforbindelsen i 1891 ved \u00e5 varme opp leire og pulverisert koks sammen i en jernsk\u00e5l til det dannet seg bl\u00e5 krystaller som ble kjent som karborundum \u2013 Acheson mente at dette materialet ville ha st\u00f8rre verdi enn kull, da det kunne brukes til \u00e5 fremstille metaller.<\/p>\n
Silisiumkarbid skiller seg sterkt fra ren diamant ved at det har st\u00f8rre stabilitet under h\u00f8ye temperaturer og en lav friksjonskoeffisient, samtidig som det er betydelig billigere. Derfor har silisiumkarbid blitt det foretrukne materialet for industrielle form\u00e5l.<\/p>\n
N\u00e5r a-Si\u2083N\u2084-underlagspulver brukes som underlagspulver for diamant-SiC-preformer, forhindrer det dannelse av silisiumkarbid og dannelse av korporasjonslag \u2013 noe som dermed \u00f8ker styrken i grensesnittet mellom diamant og SiC betydelig sammenlignet med konvensjonelle pr\u00f8ver som er innst\u00f8pt i smeltet silisium.<\/p>\n
Den n\u00f8yaktige beskaffenheten til disse grensesnittene er imidlertid fortsatt i stor grad uavklart. Det kan skyldes svakere bindinger mellom grafittplanene eller ulike faser ved grensesnittet, noe som krever videre forskning for \u00e5 forst\u00e5 fullt ut.<\/p>\n
Energidispersiv r\u00f8ntgenspektrometri (EDX) ble benyttet for \u00e5 kartlegge fordelingen av atomtettheten i et amorft lag best\u00e5ende av 3 C-SiC\/diamant-materiale. Det ble observert en trinnvis reduksjon i intensitetsprofilene for karbon- og silisiumatomer n\u00e6r deres naturlige grensesnitt, der karbonet viste en mindre bratt helling. Silisium viste svakt konkave tetthetsprofiler, mens karbonets var mer gradvise.<\/p>\n
Diamanter er naturlige edelstener som har blitt dannet over millioner av \u00e5r, men de kan likevel fremstilles syntetisk til en mye lavere pris i et laboratorium. Silisiumkarbid, en annen syntetisk edelsten med lignende egenskaper, men til en mye lavere pris, er langt mer holdbar og kostnadseffektiv. Den h\u00f8ye brytningsindeksen gj\u00f8r at den reflekterer lys mer effektivt enn andre edelstener, mens holdbarheten gj\u00f8r den egnet til daglig bruk. Videre betyr det lave smeltepunktet at den t\u00e5ler b\u00e5de h\u00f8ye temperaturer og kjemikalier uten \u00e5 sprekke under trykk.<\/p>\n
Mikrostrukturen i diamant-silisiumkarbid-kompositter best\u00e5r vanligvis av gjensidig gjennomtrengende tredimensjonale nettverk av SiC og diamant. Partikkelst\u00f8rrelse og morfologi bestemmer den endelige strukturen til silisiumkarbider med trippelovergang; vanligvis orienterer atomlagene i det grafittlignende grensesnittet seg vinkelrett mot diamant\/SiC-overflaten for \u00e5 danne tette bindinger med den \u2013 tykkelsen p\u00e5 disse lagene er vanligvis mye mindre enn bindingslengden mellom silisiumkarbidatomer og diamantatomlag.<\/p>\n
For \u00e5 oppn\u00e5 optimal varmeledningsevne hos silisiumkarbid-diamant er det avgj\u00f8rende \u00e5 forst\u00e5 hvordan atomene i materialet samvirker. En synkrotron-r\u00f8ntgenstr\u00e5le kan brukes til \u00e5 unders\u00f8ke grensesnittene mellom diamant og silisiumkarbid, samt deres strukturelle parametere og samspill. Resultatene viste svake interaksjoner mellom partiklene; kontaktomr\u00e5dene mellom diamant- og SiC-partiklene inneholder glassaktige karbonlag, grafittlignende grenselag og mikroporer \u2013 noe som tyder p\u00e5 d\u00e5rlig varmeledningsevne hos diamant.<\/p>\n
SiC og diamant st\u00e5r i tett samspill, men materialets styrke avhenger ogs\u00e5 av mikrostrukturen. Denne mikrostrukturen best\u00e5r av et tredimensjonalt nettverk av diamant- og silisiumkarbidpartikler, med kun minimal grafittaktig mellomlagsdekning over overflaten; dessuten er det denne mikrostrukturen som bestemmer mekaniske egenskaper som bruddmotstand.<\/p>\n
Styrken til en utkragende pr\u00f8ve \u00f8ker jo flere diamant\/SiC-grensesnitt som vipper mot den belastede enden, slik det fremg\u00e5r av molekyl\u00e6re dynamikksimuleringer av parallelle grensesnitt. En pr\u00f8ve med en vinkel p\u00e5 40 nanometer har vist seg \u00e5 v\u00e6re spesielt sterk.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is extremely hard, yet still less so than diamond. But it still ranks second as an extremely hard material. Porous carbon-bonded diamond preforms undergo infiltration by infusing silicon through capillary force at temperatures exceeding its melting point, whereupon the carbon binder transforms into graphite. Thermal Conductivity Silicon carbide diamond is an extremely high-temperature […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-409","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=409"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":410,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409\/revisions\/410"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=409"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=409"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/nb\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=409"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}