Определение карбида кремния

Карбид кремния, чаще называемый аббревиатурой SiC, - это абразивный материал, состоящий из кремния и углерода, который промышленно производится с конца XIX века для использования в качестве абразива. Кроме того, природные залежи SiC присутствуют в минеральных образованиях муассанита.

Керамические глазури содержат порошки этого вещества, которые при добавлении в обжиг керамики образуют стеклянные пузырьки, придающие визуальную и текстурную привлекательность.

Абразив

Карбид кремния - чрезвычайно твердое вещество, используемое в качестве абразива при шлифовке материалов, по шкале Мооса приближается к алмазу. Кроме того, этот керамический материал входит в состав шлифовальных кругов и режущих инструментов, а также используется в таких изделиях, как наждачная бумага, подошвы обуви, огнеупорные кирпичи для печей цветной металлургии и керамической промышленности, огнеупорные кирпичи в печах цветной металлургии, огнеупорные кирпичи на печах цветной металлургии или в высокотемпературных приложениях, например, керамические пластины в пуленепробиваемых жилетах.

Абразивные свойства карбида кремния обусловлены его слоистой кристаллической структурой. Каждый атом углерода соединяется с четырьмя атомами кремния в октаэдрической конфигурации, что обеспечивает прочную связь, делая этот материал одним из единственных синтетических веществ с такими свойствами, которые позволяют сделать впечатляющее заявление об эффективности промышленного применения.

Зеркала из карбида кремния - идеальный материал для использования в астрономических телескопах благодаря своей жесткости, низкому тепловому расширению и прочностным характеристикам. Космический телескоп Herschel и космический телескоп Gaia используют зеркала из карбида кремния для отражения света. Химическое осаждение из паровой фазы обеспечивает эффективный способ создания этих материалов, поскольку кремний и углерод растут вместе в виде поликристаллических пленок на стеклянных подложках.

Полупроводник

Полупроводники из карбида кремния добились значительных успехов в автомобильной промышленности благодаря своей способности выдерживать высокие напряжения. Это достижение можно объяснить широкой полосой пропускания, которая позволяет электронам проходить через нее легче, чем через стандартные кремниевые полупроводники.

Уникальные свойства карбида кремния позволяют использовать его в различных электротехнических приложениях, включая производство электроэнергии. Так, карбид кремния приобретает все большую популярность в электромобилях, где он создает более эффективную и мощную силовую электронику, способную выдерживать более высокое напряжение, чем кремниевые аналоги.

Карбид кремния не встречается в природе (за исключением редкого минерала муассанита), однако уже более 100 лет его массово производят в виде порошка, который используется в шлифовальных кругах, абразивах и пуленепробиваемых жилетах. Его превосходные свойства включают высокую твердость (9 по шкале Мооса), химическую инертность, теплопроводность и устойчивость к истиранию - качества, которые делают карбид кремния широко востребованным производителями этих материалов.

Карбид кремния образует два первичных координационных тетраэдра, состоящих из четырех атомов кремния и четырех атомов углерода, ковалентно связанных между собой ковалентными связями, которые называются координационными тетраэдрами. Изменяя атомное расположение, можно получать различные политипы кристаллических структур. Добавляя примеси, такие как трехвалентные или пятивалентные вещества, инженеры могут изменять электрические свойства для решения различных задач - популярные легирующие добавки включают бор, фосфор и мышьяк в качестве легирующих добавок для карбида кремния.

Термостойкость

Твердость и прочность карбида кремния позволяют ему выдерживать высокие температуры и износ, что делает его ключевым материалом для футеровки промышленных печей, компонентов ракетных двигателей, износостойких инструментов, таких как шлифовальные круги и лезвия инструментов, керамики и даже легированных азотом, фосфором, алюминием или галлием полупроводников, используемых в электронике, таких как светоизлучающие диоды (светодиоды).

Карбид кремния встречается в природе в виде минерала муассанита. Впервые он был обнаружен в 1893 году в метеоритном кратере Каньон-Дьябло в Аризоне, его структура напоминает бриллианты, поэтому украшения из муассанита уже давно продаются как альтернатива.

Благодаря своим абразивным свойствам карбид кремния уже давно нашел применение в декоративно-прикладном искусстве. Его используют для шлифовки дерева, металлов и камней, чтобы получить гладкую поверхность под покраску или лакировку; кроме того, он является неотъемлемым материалом в современном гранильном деле, применяясь во многих техниках - от травления стекла до резьбы по камню.

Elkem SiC предлагает карбид кремния StarCeram S, промышленную керамику, которая может быть сформирована в различные формы и размеры для конкретных применений, с тонкой отделкой поверхности для целей полировки. Наше предприятие в Льеже, Бельгия, оснащено современным оборудованием, способным производить изделия из SiC в соответствии с точными спецификациями.

Электрический проводник

Карбид кремния (SiC), обычно называемый карборундом, встречается в природе в виде минерала муассанита и массово производится в виде порошка с 1893 года для изготовления абразивных материалов, таких как шлифовальные круги. С 1893 года его также массово спекают для получения очень твердой керамики, которая используется в приложениях, требующих высокой выносливости, таких как автомобильные тормоза, сцепления и пуленепробиваемые бронежилеты, в которые встраиваются керамические пластины SiC с широкой полосой пропускания кремния. Благодаря широкой полосе пропускания SiC превосходит кремний по этим параметрам.

Ширина полосы пропускания - это количество энергии, необходимое электронам для перехода между валентными и проводящими полосами в атоме, что позволяет электронам двигаться быстрее и эффективнее - важные характеристики для полупроводниковых устройств, работающих на высоких скоростях и/или напряжениях. Более широкая полоса пропускания позволяет электронам быстрее перемещаться между этими полосами.

SiC имеет расширенную полосу пропускания по сравнению с традиционным полупроводниковым кремнием, что делает его идеальным материалом для силовой электроники, подобной той, что используется в тяговых инверторах электромобилей. Превосходная теплопроводность SiC по сравнению с кремнием еще больше усиливает это преимущество и позволяет повысить эффективность работы силовой электроники без необходимости использования активных систем охлаждения, которые увеличивают вес и стоимость электромобилей.