Карбид кремния (SiC) обладает необычной кристаллической структурой. Он содержит четыре атома Si и четыре атома C в упорядоченном координационном тетраэдрическом расположении со слоями, сложенными в политипы, образующие первичный координационный тетраэдр.
С электрической точки зрения карбид кремния способен выдерживать напряжение, в пять-десять раз превышающее напряжение кремния. Это делает его отличным выбором материала для силовых устройств.
Электроника
Карбид кремния выдерживает высокие температуры и напряжения, необходимые для работы современной электроники, а также является более эффективным полупроводниковым материалом по сравнению с кремнием. Такая эффективность помогает уменьшить размер и стоимость устройства, работающего от батареи.
Карбид кремния отличается от кремния тем, что энергетический зазор между его валентной и проводящей полосами гораздо меньше, что позволяет электронам легче проходить между этими полосами по сравнению с кремнием, и, таким образом, выдерживать почти в десять раз больший электрический ток, чем аналогичные устройства, изготовленные на основе кремния.
Инженеры могут производить кубический карбид кремния путем спекания порошка SiC в сочетании с неоксидными связующими. Кроме того, кристаллы SiC могут быть выращены методом химического осаждения из паровой фазы. При этом методе специальная смесь газов подается в вакуумную камеру, а затем осаждается на подложку.
Физические свойства карбида кремния, включающие твердость и прочность поверхности, а также устойчивость к воздействию кислот, делают его отличным абразивным материалом для промышленных процессов обработки, таких как лапидарий. Карборундовую крошку также можно встретить в коллаборационистской печати, где она наносится непосредственно на алюминиевую пластину, покрывается краской и затем прижимается к бумаге для печати.
Пуленепробиваемая броня
Керамика из карбида кремния является отличным выбором бронежилета благодаря своей способности поглощать энергию снарядов и замедлять их полет, тем самым снижая риск ранения или смерти. Их легкость обеспечивает большую мобильность и комфорт для пользователя, а высокая твердость позволяет противостоять таким угрозам, как пули и бронебойные снаряды, а также высокоскоростные осколки.
Бронежилеты из карбида кремния могут использоваться как военнослужащими, так и сотрудниками правоохранительных органов для защиты от огнестрельного и холодного оружия. Прежде чем броня из карбида кремния будет продана конечным пользователям или производителям, она должна пройти строгие процедуры тестирования, которые подтверждают ее соответствие международным стандартам.
Бронежилет из карбида кремния обладает рядом ключевых преимуществ перед металлическими аналогами, включая превосходную термостойкость, которая защищает его от деформации при ударе, а также высокую твердость и прочность на разрыв материала карбида кремния, которые позволяют сохранить пластину целой даже при попадании пули, избегая перелома или разрыва.
В патенте Кука подробно описаны все классические принципы керамической композитной брони: от использования нескольких глиноземных плиток в виде мозаики для максимизации поражающей способности до жесткой основы и концепции коноида разрушения. В то время как большинство керамических изделий легко разрушаются кумулятивными зарядами, эта конкретная конструкция из пластин карбида кремния с алюминиевой подложкой смогла выдержать всю силу удара во время испытаний с кумулятивными зарядами, что делает ее пригодной как для полицейских машин, так и для гражданских автомобилей специального назначения.
Энергоснабжение
Кремниевые (Si) полупроводники хорошо работают в маломощной электронике, но их недостатки становятся очевидными, когда устройства работают при более высоких температурах, напряжениях и частотах. Карбид кремния (SiC) обеспечивает более высокую производительность, чем Si, в таких схемах благодаря более широкой полосе пропускания, которая может выдерживать более высокие температуры, и лучшим свойствам терморегулирования.
Технология карбида кремния также позволяет уменьшить размеры электронных компонентов и повысить скорость их работы благодаря превосходной устойчивости к перепадам напряжения в электрической сети, в десять раз превышающей устойчивость традиционного кремния и нитрида галлия в системах, превышающих 1000 В. Поэтому силовые устройства из карбида кремния идеально подходят для электромобилей (EV), солнечных инверторов и других систем возобновляемой энергии.
Карборунд (Ceram) - это кристаллическая форма карбида кремния. Производимый с 1893 года как абразив, Ceram также играет важную роль в керамических пластинах пуленепробиваемых жилетов и является одним из самых твердых материалов, уступая только алмазу. Обработка этого материала с точными допусками требует высокого уровня мастерства, поскольку могут использоваться различные методы шлифовки и притирки; готовые изделия проходят тщательную проверку на соответствие механическим свойствам и стандартам безопасности.
Механические приложения
Карбид кремния издавна считается бесценным промышленным абразивом благодаря своей чрезвычайной твердости и прочности, что делает его полезным при шлифовании и резке материалов с низким пределом прочности, включая стекло, керамику, камень и огнеупоры. Благодаря своей стойкости в экстремальных условиях он оказался востребованным в качестве материала для абразивных кругов; кроме того, его прочность делает его неотъемлемым компонентом современного гранильного оборудования для резьбы и полировки драгоценных камней, включая муассанит.
PEEK химически инертен и очень устойчив к коррозии при высоких температурах. Кроме того, его очень высокий модуль упругости обеспечивает отличную стабильность размеров; высокая прочность на сжатие, низкая пористость и нулевая плотность пор делают его идеальным материалом для механических уплотнений и подшипников, что делает его особенно полезным в системах насосов/приводов, которым приходится бороться с агрессивными средами.
Карбид кремния может быть использован в широком спектре твердотельных устройств. Благодаря своей кристаллической структуре и необычным электрическим свойствам карбид кремния отличается от своих конкурентов тем, что в зависимости от температуры и области применения он может быть как полупроводником P-типа, так и полупроводником N-типа, что делает этот материал идеальным для применения в огнеупорной футеровке, электропечах, керамике и т. д.