كربيد السيليكون - مادة المرآة للتلسكوبات الفلكية

كربيد السيليكون (يُشار إليه أيضاً باسم الكاربوروندوم) هو مركب كيميائي غير عضوي يتكون من ذرات السيليكون والكربون، ويوجد بشكل طبيعي في الطبيعة على هيئة مويسانيت ويُنتج بكميات كبيرة منذ عام 1893 لاستخدامه كمادة كاشطة.

يوجد كربيد السيليكون في أكثر من 70 شكلًا بلوريًا، مقسمًا إلى شكلين متعدد الأشكال: كربيد السيليكون ألفا (a-SiC) وكربيد السيليكون بيتا (b-SiC). في حدود الخطأ التجريبي، يذوب كلا الشكلين في وقت واحد عند ضغط يصل إلى 10 جيجا باسكال.

لها ميل سالب

كربيد السيليكون هو مادة شديدة الصلابة والكثافة ذات استخدامات متعددة. ويمكن العثور عليه في منتجات مثل ورق الصنفرة، وعجلات الطحن، وأدوات القطع، ومكونات السيارات والحراريات الخاصة بالسيارات؛ بالإضافة إلى أنه يستخدم كحراريات في الأفران والأفران والبطانات الحرارية وكذلك مادة مرآة في التلسكوبات الفلكية بسبب صلابته ومعدل تمدده الحراري المنخفض.

أنتج إدوارد غودريتش أتشيسون كربيد السيليكون لأول مرة بكميات كبيرة في عام 1891 عندما قام بتسخين خليط من الطين ومسحوق فحم الكوك (الكربون) في فرن كهربائي، مما أنتج مادة زرقاء سوداء تعرف باسم "الكاربوروندوم".

وقد كشفت دراسات ذوبان كربيد السيليكون عند ضغوط تتراوح بين 5-8 جيجا باسكال أنه يذوب بشكل متطابق عند جميع الضغوط المدروسة، حيث يكون منحنى انصهاره سالبًا بميل سالب قدره -44 + 4 كلفن/جيجا باسكال، مما يوفر دليلًا على أن نظرية دالة الكثافة تنبأت بدقة.

لها ميل موجب

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة خزفية غير أكسيدية ذات خصائص استثنائية تجعلها مفيدة في العديد من التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية. وتتميز مادة كربيد السيليكون بالصلابة والقوة الشديدة مع قوة جسم متعددة الكريستالات تصل إلى 27 جيجا باسكال؛ بالإضافة إلى أنها تمتلك خصائص مقاومة زحف ممتازة إلى جانب معدلات تمدد حراري منخفضة.

سيراميك ثاني أكسيد السيراميوم (CeO2) غير قابل للذوبان في الماء ولكنه قابل للذوبان في المحاليل القلوية والحديدية المنصهرة، مما يجعله الأكثر صلابة من بين جميع أنواع السيراميك الإنشائي المتقدم مع مقاومة ضد التآكل والتآكل والصدمات والتمدد الحراري عند الضغوط العالية؛ مما يجعله مثاليًا للاستخدام في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل مكونات المفاعلات النووية.

يشيع استخدام كربيد السيليكون، الذي يشار إليه بشكل أكثر شيوعًا باسم a-SiC، في مكابح وقوابض السيارات الكهربائية وكذلك السترات الواقية من الرصاص، بالإضافة إلى استخدامه كركيزة للمحفزات غير المتجانسة. لا يزال إنتاج الكميات الصناعية من هذه المادة ينطوي على استخدام أفران كهربائية مع رمل السيليكا النقي المختزل مع فحم الكوك المطحون بدقة في فرن كهربائي؛ ولا يزال الإنتاج على نطاق صناعي من كربيد السيليكون خيارًا شائعًا لتطبيقات الجهد العالي في إلكترونيات الطاقة.

لها معامل حراري سالب

كربيد السيليكون، المعروف أيضًا باسم ثاني أكسيد السيليكون، هو مركب كيميائي صلب يتكون من السيليكون والكربون ويوجد بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت ولكنه يُنتج بكميات كبيرة منذ عام 1893 كمسحوق وبلورة لاستخدامه كمادة كاشطة ومادة صفيحة خزفية واقية من الرصاص. يمكن ربط حبيبات الكريستال المفردة الكبيرة من خلال التلبيد لإنتاج سيراميك هيكلي شديد الصلابة؛ بالإضافة إلى أنه غالباً ما يستخدم في صناعة أحجار المويسانيت الاصطناعية المعروفة باسم أحجار المويسانيت الاصطناعية. كما يعمل كربيد السيليكون أيضاً كأشباه موصلات؛ ويمكن أن يؤدي تخديره بالنيتروجين أو الفوسفور إلى تحويله إلى مادة من النوع n؛ وبالمثل يمكن أن يؤدي تخديره بالبريليوم أو البورون أو الألومنيوم إلى تحويله إلى مادة من النوع p اعتماداً على خصائصه التي سيؤدي تخديره إلى تحويله إلى مادة شبه موصلة من النوع n.

ويتميز كربيد السيليكون بفجوة نطاق واسعة وقوة انهيار عالية في المجال الكهربائي، مما يجعله مناسبًا للأجهزة الإلكترونية التي تعمل في درجات حرارة أو جهد عالٍ للغاية. وعلاوة على ذلك، فإن طبيعته المقاومة للصدمات الحرارية تعني أنه يستخدم على نطاق واسع. ويوجد كربيد السيليكون في شكل خلايا وحدة مختلفة (مكعبة، أو معينية السطوح أو سداسية الأضلاع). إذا تم تكثيفه باستخدام الطين فإنه يمكن أن يمنع نمو العنق بينما يمنع أيضًا تكوين SiO2 الذي من شأنه أن يقلل من معامل المرونة. وقد فحصت دراسات مختلفة سلوك انصهاره تحت ضغط عالٍ باستخدام محاكاة الديناميكيات الجزيئية الأولية القائمة على محاكاة نظرية الكثافة الوظيفية.

لها معامل ضغط موجب

كربيد السيليكون هو مادة خزفية شديدة الصلابة والصلابة تتميز بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية ومعامل التمدد الحراري المنخفض ومقاومة التفاعل الكيميائي. وهي تأتي بأحجام وأشكال مختلفة بما في ذلك الشكل الحبيبي للشراء وكذلك الرقائق التي يمكن تحويلها إلى مرايا للتلسكوبات الكبيرة. وتتراوح طرق إنتاج كربيد السيليكون من التخليق المباشر للكربون إلى ترسيب البخار الكيميائي.

أُجريت دراسات على اعتماد الضغط على درجات حرارة ديبي في ZB وRS SiC من 3100+40 كلفن إلى 5-8 جيجا باسكال باستخدام تجارب التبريد والقياسات في الموقع عبر درجات حرارة تتراوح بين 3100+40 كلفن إلى 5-8 جيجا باسكال باستخدام تجارب التبريد والقياسات في الموقع. أظهرت النتائج أنه عند الضغط المحيط تكون كل من ثوابت Lame (l، m) موجبة مع انحراف متزايد ل m، مما يشير إلى زيادة قوة قوى الجسم غير المركزية التي تتضمن تفاعلات نقل الشحنة عند الضغوط الأعلى مما يؤدي إلى تصلب ميكانيكي في انضغاطية SiC.