Silisyum Karbür Tanımı

Silisyum karbür (SiC), aşındırıcı malzeme, yarı iletken malzeme olarak ve termal ve mekanik özellikleri için yaygın olarak kullanılan silikon ve karbondan oluşan kristal bir bileşiktir. SiC aynı zamanda elektrikli araç güç elektroniği sistemleri söz konusu olduğunda hem boyutu hem de ağırlığı azaltmaya yardımcı olan mükemmel bir yüksek voltaj malzemesidir.

Sentetik mozanit, nadir bulunan mozanit minerali şeklinde doğal olarak da oluşabilir. Elmasın sertliğine yaklaşan 8-9 Mohs derecesine sahip sert, dayanıklı bir malzemedir.

Kristal bir malzemedir

Silisyum Karbür (SiC), sertliği nedeniyle aşınmaya dayanıklı parçalarda, ısıl direnci nedeniyle refrakter ve seramiklerde, yüksek voltajlı ortamlarda silisyumdan daha üstün performansı nedeniyle elektronik cihazlarda ve ayrıca daha yüksek voltaj ve hızlarda çalışan güç elektroniğinde yaygın olarak kullanılan oksit olmayan seramik bir malzemedir. SiC, silikon muadillerine göre daha geniş bir bant aralığına sahip olduğundan, güç elektroniği uygulamalarında da yarı iletken malzeme olarak bulunabilir.

SiC, karbon ve silikon atomları arasındaki güçlü kovalent bağlar sayesinde son derece sert bir malzemedir ve inanılmaz mukavemeti açısından bor karbür ve elmastan sonra ikinci sıradadır. Hidroklorik veya sülfürik asit çözeltilerinde ısıtıldığında bile kimyasal olarak inert ve korozyona dayanıklı olan SiC ayrıca uzun süreli depolama amaçları için ortam sıcaklığını korumasını sağlayan olağanüstü termal iletkenlik sergiler.

SiC, Si atomlarının fiziksel buhar biriktirme reaktöründe karbon ile reaksiyona sokulmasıyla veya geleneksel seramik şekillendirme yöntemleri kullanılarak saf tozun sinterlenmesiyle üretilebilir. Oluşum yönteminin seçimi, reaksiyona bağlı (a-SiC) ve sinterlenmiş (4H-SiC) çeşitlerin farklı fiziksel özelliklere sahip olmasıyla birlikte nihai mikro yapısını büyük ölçüde etkiler.

Aşındırıcıdır

Silisyum karbür, etkili bir aşındırıcı olarak kullanılan sert ve sert bir seramik maddedir. Alüminyum oksitten daha sert ve keskin olması, silisyum karbürü demir dışı metaller ve bazı ahşaplar gibi sert malzemelerin taşlanması için ideal bir seçim haline getirir; ayrıca ıslak parlatma uygulamalarında da iyi çalışır.

Silisyum dioksit (SiO2), silika ve karbon karışımının elektrikli bir fırında reaksiyona sokulması ve piroliz edilmesiyle oluşturulur. Bir kez oluşturulduktan sonra, bu malzeme siyah veya yeşilden çeşitli tonlarda gelir ve hatta davranışını bir yarı iletkene dönüştürmek için nitrojen veya bor ile katkılanabilir.

Silisyum karbür malzeme, dayanıklılığı ve diğer nitelikleri nedeniyle, özellikle kurşun geçirmez yelek seramik plakaları gibi yüksek dayanıklılık gerektiren uygulamalar olmak üzere çeşitli endüstriler tarafından kullanılabilir. Ayrıca silisyum karbür, tungsten karbür veya elmas gibi benzer aşındırıcılara kıyasla yüksek termal ve kimyasal direncin yanı sıra düşük termal genleşmeye sahiptir.

Bir yarı iletkendir

Silisyum karbür, Mohs ölçeğinde dokuz sertlik derecesine sahip son derece sert bir malzemedir ve onu dokuzlu alümina ile 10'lu elmas arasına yerleştirir. Ayrıca, silisyum karbür yüksek termal iletkenlik, düşük termal genleşme oranları ve termal şoka karşı büyük direnç özelliklerine sahiptir - bu özellikler onu elektrikli araçların çekiş invertörlerinde kullanılan invertörler gibi güç elektroniği için uygun hale getirir - geniş bant aralığı, elektrik enerjisini geleneksel silikon cihazlardan daha verimli bir şekilde aktarmasını sağlar.

Silisyum karbürün mozanitten farkı, tanelerinin yüksek sıcaklıklar ve basınç altında çeşitli binerlerle sinterlenerek seramiğe dönüştürülebilmesidir. 1893'ten beri aşındırıcı olarak seri üretime izin veren silisyum karbür, genellikle araba frenleri veya debriyajlar, ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve yarı iletken elektronik cihazlardaki dedektörler gibi yüksek dayanıklılık gerektiren uygulamalarda kullanılır.

SiC, farklı kristal yapılara ve fiziksel özelliklere sahip çeşitli polimorflarda bulunabilir. Elektronik uygulamalar tipik olarak Wurtzite veya zinc blende benzeyen altıgen kristal yapısı ile 4H-SiC polimorfunu tercih eder.

Yüksek sıcaklık malzemesidir

Silisyum Karbür (SiC), yüksek sıcaklıktaki mekanik uygulamalar ve yarı iletkenler de dahil olmak üzere elektronik üretiminde yaygın olarak kullanılan oksit olmayan seramik bir malzemedir. SiC, düşük termal genleşme katsayısı ile son derece yüksek bir erime noktasına sahiptir, ayrıca kimyasal olarak inerttir ve mukavemeti, sertliği ve dayanıklılığı, kazan fırın duvarları, kontrol tuğlaları susturucuları ve fırın kızak rayları gibi yüksek gerilme mukavemetli refrakterler gerektiren aşındırıcı püskürtme gibi uygulamalarda yararlı olmasını sağlar.

Silisyum karbür (Karborundum), tetrahedral olarak düzenlenmiş silikon ve karbon tetrahedralardan oluşan sert ve kırılgan bir mineraldir. Sadece meteoritlerde ve kimberlit yataklarında eser miktarda bulunan SiC, genellikle endüstriyel kullanım için sentetik olarak üretilir. SiC tipik olarak saf haliyle bir yalıtkandır, ancak iletkenliği, polariteyi ve iletkenliği kontrol etmek için safsızlıklarla katkılanarak yarı iletken özellikler sergilemek üzere katkılanabilir ve p-n bağlantı transistörleri, Schottky bariyer diyotları ve MOSFET'ler gibi elektronik devrelerde elektron taşıyıcı cihaz olarak hareket etmesine izin verir.

Yüksek voltajlı bir malzemedir

Silisyum karbür (SiC), çok sayıda istenen özelliğe sahip, son derece dayanıklı, oksit olmayan bir seramiktir. Bunlar arasında SiC, elektrikli araçlara güç sağlamak da dahil olmak üzere yüksek voltaj uygulamaları için idealdir; bant aralığı çoğu silikon yarı iletkenden daha geniştir, bu da onu daha yüksek voltajlara daha uygun hale getirir.

Silisyum karbür (CNC) şimdiye kadar görülen en sert malzemelerden biridir ve hassas kesimler için elmas uçlu bıçaklar gerektirir. Ayrıca, termal iletkenliği verimliliği artırırken bir araçtaki batarya paketi boyutunu azaltır.

Modern silisyum karbür üretimi, saf SiC'nin toz haline getirilmesini, oksit olmayan sinterleme yardımcılarıyla karıştırılmasını ve sıcaklık ve basınçta sıkıştırılmasını içerir. Silisyum gofret üretiminin bir parçası olarak kimyasal buhar biriktirme de kullanılabilir; bu büyük miktarda enerji, ekipman ve bilgi gerektirir. Acheson'un orijinal süreci günümüzde sentetik silisyum karbür üretimi için standart olmaya devam etmektedir.

Yüksek performanslı bir malzemedir

Silisyum karbür, otomotiv frenleri ve debriyajlarından kurşun geçirmez yeleklere kadar endüstriyel ortamlarda oldukça rağbet görmesini sağlayan çok sayıda faydalı özelliğe sahip inert bir seramiktir. Silisyum karbür yüksek sıcaklıklara, aşındırıcı koşullara, düşük termal genleşme oranlarına karşı üstün direnç göstermesinin yanı sıra korozyona karşı da son derece dayanıklıdır. Silisyum karbürün çok yönlülüğü, tarihi boyunca fren balataları ve kurşun geçirmez yelekler de dahil olmak üzere birçok endüstriyel kullanım görmüştür.

Silika kumu ve karbon karışımının elektrik akımı kullanılarak tuğla elektrik direnç tipi bir fırında ısıtılmasıyla silika karbür üretilebilir. Üretildikten sonra elmasa benzeyen parlak yeşil kristaller oluşturulabilir ve daha sonra yarı iletken dereceli silisyum karbür elde etmek için saflaştırılabilir.

Silisyum karbür yarı iletkenler, silikon muadillerine göre daha büyük bant aralıklarına sahiptir ve elektronik cihazların güvenilirlikten ödün vermeden daha yüksek voltaj ve frekanslarda çalışmasını sağlar - bu özellik, elektrikli araçlar için güç elektroniği ve gezici araçlar ve uzay sondaları üzerindeki aletler gibi yüksek güçlü uygulamalarda popüler bir seçim haline getirmiştir.