Формула карбида кремния

Карбид кремния, чаще называемый карборундом, - это твердая и прочная неоксидная керамика с уникальными физическими свойствами, которая часто используется в абразивной и металлургической промышленности.

Изначально SiC производился по технологии Ачесона, а сегодня его массово изготавливают в электропечи сопротивления, смешивая чистый кварцевый песок с тонко измельченным коксом, в результате чего получаются кристаллы от желто-зеленого до синевато-черного цвета с переливчатым блеском.

Физические свойства

Карбид кремния (SiC) - это чрезвычайно твердое кристаллическое соединение кремния и углерода, известное как муассанит, впервые обнаруженное в естественном состоянии (метеорит Каньон-Дьябло в Аризоне) лауреатом Нобелевской премии химиком Анри Муассаном в 1893 году в рамках исследования природных материалов.

Карбид кремния имеет слоистую кристаллическую структуру и выпускается в различных политипах с особым расположением атомов кремния и углерода, известным как 3C-SiC, хотя существует более 100 других структур с аналогичными химическими и физическими свойствами.

Карбид кремния может быть превращен в керамические материалы путем спекания (связывания частиц вместе под воздействием высоких температур) различными методами. Одним из популярных методов является реакционное соединение SiC, также известное как Hexoloy(r), в котором используется порошок реакционного соединения сикка, смешанный с пористым углеродным сырьем путем аддитивного формования, литья или экструзии для получения полностью плотного керамического материала с исключительными химическими и механическими свойствами, который работает при экстремальных температурах конечного использования.

Химические свойства

Карбид кремния обладает множеством полезных свойств, которые делают его ценным промышленным соединением. Он химически инертен и устойчив к коррозии. Кроме того, карбид кремния является отличным абразивом, который широко используется в современном гранильном деле благодаря своей долговечности и твердости по шкале Мооса 10,5.

Этот кристаллический материал можно легировать для получения полупроводников как n-типа, так и p-типа, причем при легировании азотом получаются первые, а при легировании галлием, алюминием или бором - вторые. Он устойчив к высоким температурам и не реагирует со щелочами и большинством органических веществ, за исключением плавиковой кислоты.

Необычайная упругость карбида кремния позволила использовать его в различных областях, от керамических тормозных дисков для спортивных автомобилей и пуленепробиваемых жилетов до уплотнений насосных валов, благодаря его высокой теплопроводности и способности рассеивать тепло от трения до того, как оно перейдет на стальные поверхности подшипников. Кроме того, благодаря сложному химическому составу существует множество форм или политипов, содержащих различные кристаллические структуры и схемы соединения.

Электрические свойства

Карбид кремния получил новое признание в последние годы благодаря своим исключительным механическим свойствам, таким как высокая твердость и химическая инертность, но он также может похвастаться полезными электрическими характеристиками. Благодаря своей кристаллической структуре карбид кремния допускает введение примесей, известных как легирование, благодаря чему в материале образуется больше свободных носителей заряда, таких как электроны и дырки, что повышает проводимость.

Уникальная атомная структура карбида кремния обеспечивает ему относительно высокую теплопроводность за счет плотной упаковки атомов с большими радиусами и их последующей фононной проводимости, что дает карбиду кремния преимущество перед другими конструкционными керамиками, такими как нитрид алюминия и бериллий, которые имеют более низкую теплопроводность за счет более широких атомных радиусов.

Карбид кремния встречается в природе в виде кристаллического минерала муассанита в небольших количествах, однако большинство карбида кремния, используемого в коммерческих целях, производится синтетически для использования в качестве абразива или передового огнеупорного материала путем прокаливания смеси кварцевого песка и углерода в кирпичной печи электрического сопротивления.

Механические свойства

Карбид кремния (SiC) - чрезвычайно твердый керамический материал с твердостью 9 по шкале Мооса. Обычно он выглядит как желто-зеленые или синевато-черные переливающиеся кристаллы, которые сублимируются при температуре 2700 градусов Цельсия, а затем разлагаются в воде или щелочах и железе при более высоких температурах. Он обладает превосходной коррозионной стойкостью и прочностью при температурах до 1600 градусов Цельсия, а текстура, размер зерна, дефекты укладки, примеси или дефекты укладки играют второстепенную роль в механических свойствах.

Производится промышленным способом по методу Ачесона, который предполагает смешивание кремнезема с углеродом в электропечи при высоких температурах по методу Ачесона, или встречается в природе в виде муассанита, впервые обнаруженного в метеоритном кратере Каньон Дьябло в Аризоне в 1893 году. Муассанит давно признан важнейшим материалом в передовой функциональной керамике, абразивных материалах и металлургическом сырье благодаря своей отличной теплопроводности и минимальному тепловому расширению, а также исключительной химической стабильности; он устойчив к большинству органических и неорганических кислот, а также солей, кроме фтористоводородной кислоты или фторидов кислот.