Za kaj se uporablja silicijev karbid?

Silicijev karbid je izjemna keramika s številnimi uporabnimi lastnostmi, kot so moč, trdota, trajnost, odpornost proti koroziji in električna prevodnost.

Edward Acheson je leta 1891 prvič umetno sintetiziral SiC. Čeprav njegov mineralni ekvivalent, moissanit, obstaja v naravi, je večina danes proizvedenega SiC sintetično proizvedena pod imenom Carborundum.

Visokotemperaturni ognjevzdržni materiali

Silicijev karbid (SiC) je izredno uporaben neoksidni keramični material s številnimi možnostmi uporabe. Zaradi svoje trdote in toplotne odpornosti se pogosto uporablja v abrazivih; podobno se uporablja v ognjevzdržnih materialih in keramiki zaradi nizke stopnje toplotnega raztezanja in odpornosti proti toplotnim šokom. Poleg tega lahko SiC uvrstimo tudi med polprevodnike, saj ima lastnosti električne prevodnosti, ki so vmesne med lastnostmi kovin in izolatorjev.

SiC je ena od najtrših znanih sintetičnih snovi, saj je po Mohsovi lestvici ocenjen kot diamant. Uporablja se predvsem kot abraziv pri strojni obdelavi, kot so peskanje, brušenje in rezanje z vodnim curkom, uporablja pa se tudi v karborundni grafiki, pri kateri se pasta nanese na aluminijasto ploščo, nato pa se z ročnim peresom ročno odtisne, da se na papirju ustvarijo tiskani znaki.

SiC lahko prenese izjemno visoke temperature, zato je primeren za uporabo v jedrskih reaktorjih za zaščito sten pred poškodbami zaradi sevanja, v jeklarskih pečeh ter v proizvodnih procesih keramike in ognjevzdržnih materialov.

Sodobne metode proizvodnje SiC za uporabo v abrazivih, metalurgiji in ognjevzdržnih materialih vključujejo ustvarjanje mešanice čistega kremenčevega peska z ogljikom v koksu v električni opečni peči, skozi katere vodnik teče električni tok, ki povzroči kemične reakcije, pri katerih nastaneta dva poli tipa silicijevega karbida - alfa SiC ima heksagonalno kristalno strukturo, podobno Wurtzitu, beta SiC pa ima kristalno strukturo cink blende, podobno diamantu.

Visoko zmogljiv inženiring

SiC (silicijev karbid) je sintetično proizvedena kristalinična spojina, sestavljena iz silicija in ogljika, ki se pogosto uporablja kot abrazivni material v brusilnih orodjih, rezalnih orodjih, smirkovem papirju in brusilnih kolesih. Poleg tega je SiC zaradi svoje odlične odpornosti proti abraziji, kemikalijam, visokim temperaturam in koroziji sestavni del oblog industrijskih peči ter proti obrabi odpornih delov v črpalkah in raketnih motorjih.

Moissanit je bil prvotno odkrit v naravi kot redek mineral moissanit leta 1891, od takrat pa je bil umetno sintetiziran in množično proizveden kot abrazivni material. S sintranjem je mogoče izdelati tudi zelo trde keramične materiale, ki se uporabljajo v avtomobilskih zavornih diskih in sklopkah ter v ploščah neprebojnih jopičev, izdelanih iz keramičnih plošč, izdelanih iz moissanita. Poleg tega je ta material sestavni del naprednih energetskih naprav, ki trenutno revolucionarno spreminjajo današnji sektor energetske elektronike.

Silicijev karbid je na voljo v različnih razredih, odvisno od specifičnih lastnosti vaše uporabe. Običajne možnosti vključujejo zeleni silicijev karbid (GSiC), črni silicijev karbid (BSC) in volframov karbid (WC), vendar je najpogosteje prodajana kakovost rdeče-rjavi silicijev karbid (RBSC), ki se proizvaja z mešanjem čistega silicijevega karbida v prahu z neoksidnimi pripomočki za sintranje za oblikovanje želenih oblik pred žganjem v kemično inertnih medijih za žganje pri višjih temperaturah brez izgube moči ali celovitosti. Material RBSC zagotavlja večjo mehansko trdnost v primerjavi z materialom GSiC, hkrati pa lahko deluje pri višjih temperaturah, ne da bi izgubil trdnost ali celovitost v primerjavi z materialom GSiC, ki omogoča delovanje pri visokih temperaturah brez izgube trdnosti ali celovitosti.

Polprevodniške naprave

Silicijev karbid ali SiC je eden najtrših materialov na svetu - po trdoti je na drugem mestu za diamantom in kubičnim borovim nitridom - zato je odlična izbira za aplikacije, ki zahtevajo visoko zmogljivo keramiko.

Električne lastnosti silicijevih nanožic so prav tako impresivne, saj prebojne napetosti in tokovne vrednosti presegajo številne običajne polprevodniške naprave. Zaradi tega so primerne za visoko zmogljive aplikacije, kot so energetske naprave in svetlobni izsevniki.

Od leta 1893 se silicijev karbid (SiC) množično proizvaja kot abrazivni material, ki je naravno prisoten v moisanitu. Kmalu zatem se je začela komercialna proizvodnja za uporabo kot abraziv pri obdelavi železnih kovin, keramike in drugih težko obdelljivih materialov, kot so avtomobilske zavore in sklopke ter plošče za neprebojne jopiče.

Dopiranje omogoča kristalom silicijevega karbida (SiC) prehod iz električne izolacije v prevodnost z mešanjem majhnih nečistoč v osnovni material - običajno z uporabo donorskih atomov, kot sta fosfor ali arzen, s petimi razpoložljivimi elektroni, ki se delijo med vse atome silicija v strukturi kristalne rešetke. Ko so kristali SiC tipa N enkrat dopirani, jih je mogoče razrezati na rezine in izdelati v polprevodniške elektronske naprave.

Kemična predelava

Silicijev karbid (SiC), eden od najtrših materialov na Zemlji, ima trdoto po Mohsovi lestvici 9, po trdoti pa ga prekašata le še borov karbid in diamant. SiC se zaradi svoje trdote pogosto uporablja v abrazivih in delih, odpornih proti obrabi, ter v ognjevzdržnih materialih in keramiki zaradi odpornosti na visoke temperature in toplotno raztezanje, njegove edinstvene lastnosti pa lahko izkoristijo tudi naprave polprevodniške elektronike, ki zahtevajo visoke delovne temperature ali napetost.

Silicijev karbid se v naravi pojavlja kot mineral moissanit, vendar ga od leta 1893 množično proizvajajo v obliki prahu, ki se uporablja kot abraziv. Poleg tega se lahko silicijev karbid poveže v izjemno trdo keramiko, ki se uporablja v aplikacijah s strogimi zahtevami, kot so avtomobilske zavore in sklopke ter plošče neprebojnih jopičev. Poleg tega je iz tega materiala mogoče izdelati tudi elektronske komponente, ki delujejo pri visokih temperaturah ali napetostih, kot so svetleče diode in detektorji.

Kemijsko gledano je silicijev karbid (SiC) zlitina, sestavljena iz čistega silicija in ogljika, ki jo je mogoče dopirati z dušikom, fosforjem ali berilijem, da se s kemičnim nanašanjem iz pare (CVD) ustvarijo polprevodniki n- ali p-tipa. Pri izdelavi rezin SiC, ki se uporabljajo za proizvodnjo polprevodnikov, se uporablja postopek kemičnega nanašanja iz hlapov, zato je CVD neprecenljiv način izdelave rezin za to napredno proizvodno tehnologijo. Poleg tega je SiC zaradi svoje visoke kakovosti površinske obdelave, nizkega koeficienta trenja in visokega tališča nepogrešljiv material, ki se zaradi natančnosti CVD pri izdelavi rezin s tehnologijo kemičnega nanašanja iz hlapov (CVD) uporablja pri laserskih nanosih ognjevzdržnih prevlek in optičnih prevlek.