Kiselkarbidstruktur

Kiselkarbid är ett av de starkaste avancerade keramiska materialen. På grund av sin överlägsna styrka, styvhet, låga värmeutvidgning och korrosionsbeständighet är kiselkarbid ett utmärkt materialval för bromsar och kopplingar i bilar samt skottsäkra västar.

Kiselkarbid är ett av de hårdaste materialen, näst efter borkarbid och diamant. Det väljs ofta som ett alternativ för användning i eldfasta gjutgods och slipmedel.

Hårdhet

Kiselkarbid är ett av de hårdaste ämnen som finns och konkurrerar med hårda material som diamant och borkarbid när det gäller hårdhet. På grund av detta används kiselkarbid ofta vid tillverkning av vapen och pansarplåtar.

Hög hållfasthet och krypmotstånd gör eldfast keramik till ett lämpligt material för industriella ugnsinfodringar och värmeelement, pumpdelar, komponenter till raketmotorer och keramiska substrat för lysdioder.

Föreningen är i allmänhet hård och spröd i sitt ursprungliga tillstånd, men kan modifieras avsevärt genom tillsats av aluminium eller bor. Dessutom är det olösligt i vatten, alkohol och många organiska syror, alkalier eller salter.

Kiselkarbidhårdhet kan mätas med olika metoder, inklusive Rockwell- och Brinell-tester. Dessa mätningar spårar intryckningsdjup orsakat av hårda föremål som stålkulor eller diamantsfärer för att fastställa dess hårdhet.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid är ett extremt hårt och styvt material som tål höga temperaturer och som dessutom har en låg värmeutvidgningskoefficient - egenskaper som gör det till ett eftertraktat spegelmaterial för astronomiska teleskop. Kiselkarbid kan odlas till stora skivor med en diameter på upp till 3,5 meter genom kemisk förångningsdeponering; rymdteleskopen Herschel och Gaia använder båda speglar av kiselkarbid.

Termisk konduktivitet mäter materialens förmåga att överföra värme genom dem vid specifika temperaturer, mätt i watt per meterkelvin. Denna egenskap kan ändras genom att förändra materialets sammansättning, struktur och tillstånd. Omvänt mäter värmemotstånd eller värmeisoleringsförmåga hur väl material behåller eller bevarar värme.

Karborundum framställs genom att kiselsand blandas med kol i en elektrisk ljusbågsugn vid höga temperaturer - vanligtvis mellan 1.600 och 2.500 grader Celsius - vilket vanligtvis ger ett svart, grått eller brunt pulver som kallas karborundum när det inte är rent kisel.

Motståndskraft mot korrosion

Kiselkarbid (SiC) är ett naturligt förekommande, hårt och vasst material som är känt för sin motståndskraft mot värme och kemiska angrepp. När det kristalliseras bildar det tätt packade kovalenta bindningar mellan fyra kisel- och fyra kolatomer som resulterar i en stark, mycket tetraedrisk samordning mellan de fyra kolatomerna, vilket ger exceptionell styrka, motståndskraft mot vanliga syror, salter och alkalier samt är en enastående elektrisk ledare.

Korrosion av kiselkarbid kan ske genom flera olika mekanismer, t.ex. vattenreaktioner, hydrering eller hydrotermisk oxidation; kemisk korrosion är den vanligaste formen och förekommer vanligtvis vid lägre temperaturer.

Kiselkarbid skapas genom att smälta och pulverisera naturlig eller syntetisk kvartssand eller koks i en ugn av elektrisk motståndstyp och sedan sortera, mala och bearbeta den för olika tillämpningar. Idag tillverkas kiselkarbid för eldfasta material, metallurgi och elektronikindustrin. Ett exempel: Eldfasta material används för att skapa ugnshyllor och foder som används vid bränning, smältning och gjutning av keramik; medan elektronik använder det för att tillverka krafttransistorer som arbetar vid mycket höga temperaturer respektive spänningar.

Elektrisk konduktivitet

Kiselkarbid har utmärkt elektrisk ledningsförmåga på grund av det stora antalet fria elektroner som finns i materialet. När de utsätts för ett elektriskt fält färdas dessa elektroner med otroliga hastigheter genom det och skapar ström. När den elektriska ledningsförmågan ökar genereras mer ström för varje givet fält.

SiC är ett idealiskt materialval för kraftapplikationer tack vare sin förmåga att klara höga strömmar, temperaturer och frekvenser samtidigt som det har ett bredare bandgap som gör att det kan arbeta vid mycket högre spänningar än sin mer populära kusin kisel.

Ren kiselkarbid är en färglös kristall med kubisk kristallstruktur och kan renas ytterligare genom att tillsätta olika mängder föroreningar som kväve eller aluminium - dessa föroreningar gör att den kan anta egenskaper både som isolator och halvledare beroende på hur de införs i dess kemiska sammansättning.