Na čo sa používa karbid kremíka?

Karbid kremíka (SiC) sa široko využíva v rôznych priemyselných odvetviach vďaka svojim univerzálnym vlastnostiam, vďaka ktorým je obzvlášť vhodný pre vysokonapäťové výkonové polovodičové zariadenia, ako sú napríklad meniča v elektrických vozidlách.

Keramické materiály, ako je tento žiaruvzdorný a keramický materiál, sa vyznačujú odolnosťou voči vysokým teplotám a teplotným šokom, majú vynikajúcu mechanickú pevnosť a veľmi nízku mieru rozťažnosti.

Brúsivo

Karbid kremíka je tvrdý a odolný materiál, ktorý sa vďaka svojim stabilným chemickým vlastnostiam, vysokej tepelnej vodivosti, nízkej koeficientu rozťažnosti a odolnosti proti opotrebeniu široko využíva v rôznych priemyselných procesoch. Z karbidu kremíka sa vyrábajú rôzne brúsne výrobky, vrátane brúsnych kotúčov, brúsneho papiera, brúsnych pásov, olejových kameňov, brúsnych blokov a brúsnych hláv na rezanie kovov, keramiky, skla a neželezných materiálov – ako aj na pieskovanie na odstraňovanie farby, hrdze alebo akýchkoľvek nečistôt z znečistených povrchov.

Brúsny karbid kremíka je v modernom klenotníctve čoraz obľúbenejšou voľbou vďaka svojej odolnosti a cenovej dostupnosti. Je k dispozícii v rôznych zrnitosťach, aby vyhovoval potrebám rezania alebo leštenia kameňov. Elektronické spoločnosti ho tiež využívajú na výrobu spojovacích fólií, ktoré zabezpečujú, že vysokokvalitné optické vlákna sú pred ich spojením vyleštené na požadovanú hladkosť.

Čierny karbid kremíka (niekedy označovaný ako tetragonálny SiC alebo 3C-SiC) je polokrehké brúsivo so strednou hustotou, ktoré má dobrú odolnosť proti korózii, avšak nižšiu odolnosť voči kyselinám ako spekaný karbid kremíka. Čierny karbid kremíka, vyrábaný ako vitrifikovaný alebo živicou viazaný výrobok, ponúka vynikajúcu odolnosť proti korózii, avšak menšiu odolnosť voči kyselinám ako spekaný SiC.

Žiaruvzdorný

Karbid kremíka je mimoriadne odolný žiaruvzdorný materiál, ktorý sa často využíva v peciach, ohniskách a iných priemyselných zariadeniach. Vďaka odolnosti voči teplotám až do 1 800 °F (982 °C), odolnosti voči kyselinám, zásadám a iným korozívnym chemikáliám a vynikajúcej tepelnej vodivosti a pevnostným vlastnostiam poskytuje karbid kremíka spoľahlivú ochranu pred extrémnymi podmienkami.

Tavenie v odporových peciach umožňuje výrobu vysokokvalitnej ocele zo surovín, ako sú kremičitý piesok, ropný koks a drevná štiepka, ktorá sa následne chemickým spracovaním ďalej zušľachťuje na rôzne druhy s odlišnou veľkosťou častíc a vlastnosťami pre rôzne účely. Pri výrobe ocele, ako aj pri výrobe keramiky, je veľmi prospešné využívanie oceliarskeho šrotu na výrobu oceliarskych sochorov; okrem toho je vďaka svojej univerzálnosti užitočný aj pri izolácii a obkladaní, napríklad pri obkladaní pecí, téglikov, muflov a predných stien komôr.

Karborund je tvrdá, kryštalická zlúčenina kremíka a uhlíka s chemickým vzorcom SiC, ktorá je bežne známa pod názvom karborund. Hoci sa v prírode vyskytuje vo veľmi obmedzených množstvách ako moissanit, najčastejšie sa vyrába synteticky na použitie ako brúsny prášok a na výrobu drahokamov. Karborundum nachádza široké uplatnenie ako brúsny prášok v produktoch, ako sú brúsne kotúče, rezné nástroje a brúsny papier; jeho výroba slúži aj na výrobu žiaruvzdorných tehál používaných v peciach a pece, ako aj na pokročilé elektronické aplikácie vyžadujúce vysoké teploty alebo napätie, ako sú svetelné diódy (LED) pre rané rádiové prijímače.

Polovodič

Karbid kremíka sa už dlho používa v brúsnych a žiaruvzdorných materiáloch, avšak jeho elektrické vlastnosti sa s postupom času stávajú čoraz významnejšími. Vďaka svojej jedinečnej odolnosti voči vysokým teplotám, napätiam a extrémnym podmienkam je karbid kremíka neoceniteľnou náhradou za polovodičové materiály, ako je nitrid gália alebo dokonca bežný kremík, v aplikáciách výkonovej elektroniky.

Karbid kremíka určený pre polovodičové aplikácie sa výrazne líši od svojich brúsnych a žiaruvzdorných variantov v tom, že sa vyrába spekaním materiálu, a nie zmiešaním prášku so spojivom. Túto modernú výrobnú metódu vynájdenú Edwardom Goodrichom Achesonom už v roku 1891: kremičitý piesok zmiešaný s uhlíkom (vo forme mletého koksu) sa v elektrickej odporovej peci zahrieva, až kým nevytvorí jeden pevný kus a nedôjde k spekaniu.

Výsledný materiál je odolný, odolný voči korózii a opakovaným spekaním sa dá ľahko tvarovať pre rôzne účely. Pridaním prísad je možné zmeniť jeho elektrické vlastnosti; bežne sa pridávajú prvky ako bór a hliník na vytvorenie polovodiča typu n a berýlium a gálium na vytvorenie polovodiča typu p.

Spoločnosť EAG Laboratories má rozsiahle skúsenosti s analýzou karbidu kremíka pomocou techník hromadnej aj priestorovo rozlíšenej analýzy s cieľom pochopiť jeho elektrické vlastnosti.

Elektronika

Karbid kremíka, bežnejšie známy ako karborundum /krbrndm/, je mimoriadne tvrdá syntetická kryštalická zlúčenina kremíka a uhlíka so vzorcom SiC. Hoci sa v prírode vyskytuje vo forme ložísk minerálu moissanitu, hromadná výroba prášku z karbidu kremíka začala po roku 1893 s cieľom využiť ho ako brúsivo a v aplikáciách z tvrdej keramiky, ako sú brúsne kotúče a platne do nepriestrelných viest.

V poslednom období sa kremík široko využíva v polovodičových elektronických zariadeniach, najmä vo výkonovej elektronike. Vďaka svojim jedinečným fyzikálnym a elektrickým vlastnostiam je kremík vynikajúcou voľbou materiálu pre zariadenia pracujúce pri vyšších teplotách alebo napätiach.

Karbid kremíka sa od väčšiny priemyselných zlúčenín odlišuje tým, že pôsobí ako elektrický izolátor, pokiaľ nie je dopovaný nečistotami, ktoré menia jeho šírku zakázaného pásma – napríklad dopovaním hliníkom a bórom v prípade polovodičov typu P a dopovaním fosforom a dusíkom v prípade polovodičov typu N.

Výrobcovia vyrábajú kubický karbid kremíka prostredníctvom rôznych procesov, vrátane techník rastu riadeného sublimáciou v uzavretom priestore, ako je napríklad chemické nanášanie z parnej fázy. Pri tejto metóde sa zmes plynov vpúšťa do vákuového prostredia, kde reagujú a nakoniec sa usadzujú na substráte. Chemické nanášanie z parnej fázy sa často používa ako súčasť procesov syntézy polovodičov na báze uhlíka; chemické nanášanie z parnej fázy tiež vedie k tvorbe grafenu; sublimácia riadená obmedzením však poskytuje grafenový materiál vynikajúcej kvality, čo sťažuje prácu s touto metódou; v dôsledku toho nie je možné túto metódu rozšíriť na veľkovýrobu.