Struktura węglika krzemu

Węglik krzemu jest jednym z najmocniejszych zaawansowanych materiałów ceramicznych. Ze względu na doskonałą wytrzymałość, sztywność, niską rozszerzalność cieplną i odporność na korozję, węglik krzemu jest doskonałym materiałem do produkcji hamulców i sprzęgieł samochodowych, a także kamizelek kuloodpornych.

Węglik krzemu jest jednym z najtwardszych materiałów, ustępując jedynie węglikowi boru i diamentowi. Jest on często wybierany do stosowania w ogniotrwałych materiałach odlewniczych i ściernych.

Twardość

Węglik krzemu jest jedną z najtwardszych obecnie znanych substancji, rywalizującą pod względem twardości z takimi materiałami jak diament czy węglik boru. Z tego powodu węglik krzemu jest szeroko stosowany w produkcji broni i płyt pancernych.

Wysoka wytrzymałość i odporność na pełzanie sprawiają, że ceramika ogniotrwała jest odpowiednim materiałem na wykładziny pieców przemysłowych i elementy grzejne, części pomp, elementy silników rakietowych i podłoża ceramiczne do diod elektroluminescencyjnych.

Związek ten jest generalnie twardy i kruchy w stanie pierwotnym, ale można go znacznie zmodyfikować poprzez dodanie aluminium lub boru. Ponadto pozostaje nierozpuszczalny w wodzie, alkoholu i wielu kwasach organicznych, zasadach lub solach.

Twardość węglika krzemu można mierzyć różnymi metodami, w tym testami Rockwella i Brinella. Pomiary te śledzą głębokość wgłębienia spowodowanego przez twarde przedmioty, takie jak stalowe kulki lub diamentowe kule, w celu ustalenia jego twardości.

Przewodność cieplna

Węglik krzemu jest niezwykle twardym, sztywnym materiałem odpornym na wysokie temperatury, który ma również niski współczynnik rozszerzalności cieplnej - cechy te sprawiają, że jest to pożądany materiał na zwierciadła do teleskopów astronomicznych. Węglik krzemu może być hodowany w duże dyski o średnicy do 3,5 metra (11 stóp) za pomocą metod chemicznego osadzania z fazy gazowej; oba teleskopy kosmiczne Herschel i Gaia wykorzystują zwierciadła z węglika krzemu.

Przewodność cieplna mierzy zdolność materiałów do przenoszenia ciepła w określonych temperaturach, mierzoną w watach na metr-kelwin. Właściwość tę można zmienić poprzez zmianę ich składu, struktury i stanu. Z kolei opór cieplny lub izolacyjność cieplna mierzy, jak dobrze materiały zatrzymują lub zachowują ciepło.

Karborund jest wytwarzany przez mieszanie piasku krzemionkowego z węglem w elektrycznym piecu łukowym w wysokich temperaturach - zwykle między 1600 a 2500 stopni Celsjusza - zwykle wytwarzając czarny, szary lub brązowy proszek znany jako karborund, jeśli nie jest to czysty krzem.

Odporność na korozję

Węglik krzemu (SiC) jest naturalnie występującym, twardym, ostrym materiałem znanym ze swojej odporności na ciepło i ataki chemiczne. Po skrystalizowaniu tworzy ściśle upakowane wiązania kowalencyjne między czterema atomami krzemu i czterema atomami węgla, co skutkuje silną, wysoce tetraedryczną koordynacją między czterema atomami węgla, co skutkuje wyjątkową wytrzymałością, odpornością na popularne kwasy, sole i zasady, a także jest doskonałym przewodnikiem elektrycznym.

Korozja węglika krzemu może zachodzić poprzez kilka mechanizmów, takich jak reakcje wodne, hydratacja lub utlenianie hydrotermalne; korozja chemiczna jest najczęstszą formą i zwykle występuje w niższych temperaturach.

Węglik krzemu jest wytwarzany poprzez topienie i sproszkowanie naturalnego lub syntetycznego piasku kwarcowego lub koksu w elektrycznym piecu oporowym, a następnie sortowanie, mielenie i przetwarzanie do różnych zastosowań. Obecnie jest produkowany dla przemysłu materiałów ogniotrwałych, metalurgicznego i elektronicznego. Na przykład: Materiały ogniotrwałe wykorzystują go do tworzenia półek piecowych i okładzin stosowanych w wypalaniu, stapianiu, odlewaniu ceramiki; podczas gdy elektronika wykorzystuje go do produkcji tranzystorów mocy, które działają odpowiednio w bardzo wysokich temperaturach i napięciach.

Przewodność elektryczna

Węglik krzemu wykazuje doskonałą przewodność elektryczną ze względu na dużą liczbę wolnych elektronów obecnych w jego materiale. Pod wpływem pola elektrycznego elektrony te przemieszczają się z niewiarygodną prędkością, wytwarzając prąd. Wraz ze wzrostem przewodności elektrycznej, dla każdego pola generowany jest większy prąd.

SiC jest idealnym materiałem do zastosowań energetycznych ze względu na jego zdolność do wytrzymywania wysokich prądów, temperatur i częstotliwości, a jednocześnie charakteryzuje się szerszym pasmem przenoszenia, co pozwala mu pracować przy znacznie wyższych napięciach niż jego bardziej popularny kuzyn krzem.

Czysty węglik krzemu jest bezbarwnym kryształem o sześciennej strukturze krystalicznej i może być dalej oczyszczany poprzez dodawanie różnych ilości zanieczyszczeń, takich jak azot lub aluminium - zanieczyszczenia te pozwalają mu na przyjmowanie właściwości zarówno izolatora, jak i półprzewodnika, w zależności od tego, w jaki sposób są wprowadzane do jego składu chemicznego.