Свойства на силициевия карбид

Силициевият карбид (SiC) е изключително издръжлив материал с твърдост 9 по скалата на Моос и естетическа привлекателност, която съперничи на диаманта.

Лабораториите на EAG имат богат опит в анализа на SiC за тези свойства, като използват аналитични техники в насипно състояние и с пространствена разделителна способност. Той може да служи както като електрически изолатор, така и като полупроводник.

Твърдост

Силициевият карбид е едно от най-твърдите вещества в света, като заема девето място по скалата на Моос и отстъпва само на диаманта по твърдост. Бороновият карбид и диамантът са още по-твърди от силициевия карбид - други негови приложения включват режещи инструменти, бронежилетки, автомобилни части и огледала за астрономически телескопи. Твърдата и здрава повърхност на силициевия карбид е чудесна за използване като абразиви за рязане и режещи инструменти, структурни материали (бронежилетки), автомобилни части и огледала, използвани от телескопите!

Устойчивата на термичен шок керамика е изключително твърда керамика, която не съдържа оксиди. Благодарение на нейната здравина, висока топлопроводимост, нисък коефициент на термично разширение и отлична устойчивост на окисляване, тя е незаменим огнеупорен материал.

Силициевият карбид (с атомен номер 14) и въглеродът (с атомен номер 6) образуват неорганично съединение, известно като силициев карбид, с два първични координационни тетраедъра, образувани от ковалентно свързани четири въглеродни и четири силициеви атома, които са ковалентно свързани помежду си, създавайки изключително здрава и твърда близко разположена структура с изключителна здравина и твърдост; нейните политипи могат дори да се подреждат в купчини, за да образуват политипи. Силициевият карбид осигурява полупроводникови свойства с широка лентова междина, изискващи три пъти по-малко енергия за освобождаване на електроните от орбиталните състояния в сравнение със силиция.

Устойчивост на корозия

Най-важното свойство на силициевия карбид е устойчивостта му на корозия. Той не само е устойчив на най-агресивните киселини (солна, сярна и флуороводородна), основи и разтворители, които можете да си представите, както и на окислителни среди като азотна киселина или пара, но дори се отличава с отлични изолационни свойства срещу увреждане от екстремни температури или електрически полета.

Синтезираният силициев карбид предлага отлична термична устойчивост благодарение на плътния си характер, твърдостта, характеристиките на полупроводник с широк диапазон на пропускане, което позволява по-ниска консумация на електронна енергия за изместване на проводящата лента, и ниския си коефициент на термично разширение.

Устойчивостта на корозия може да се повиши и чрез наличието на добавки за синтероване, фази на границата на зърната и порьозност; техният вид и количество зависят от това колко бързо корозията реагира с други среди.

Състоянията на окисление на силициевия карбид могат да бъдат контролирани чрез действието на въглерода като пасивиращ агент, което спомага за намаляване на степента на корозия и удължаване на живота на продукта, когато е изложен на окислителни среди в експлоатация.

Топлопроводимост

Силициевият карбид е изключително твърд материал, намиращ се някъде между алуминиевия оксид (9 по скалата на Моос) и диаманта (10). Благодарение на комбинацията от твърдост и термична стабилност силициевият карбид е отличен избор на материал за взискателни механични приложения в части, предназначени да издържат на износване, както и за огнеупорни материали.

Също така, поради отличната си устойчивост на термичен шок и ниския си коефициент на термично разширение, силиконовият каучук е подходящ за използване в среди с висока температура и компоненти, използвани в тръбни системи.

Силициевият карбид може да се легира с различни елементи, за да се променят електронните му свойства. Допирането с азот или фосфор го превръща в полупроводник от n-тип, докато допирането с берилий, бор или алуминий го превръща в полупроводник от p-тип.

Разликата между валентните и проводящите ленти на силициевия карбид затруднява преминаването на електрони между двете ленти, което му позволява да издържа до 10 пъти повече електрически полета, преди да стане крехък и да се разруши, отколкото силиконът.

Електрическа проводимост

Силициевият карбид предлага широка гама от електрически свойства, които могат да бъдат адаптирани чрез допиране. Допирането включва добавяне на примеси в кристалната му структура, за да се образуват свободни електрони и дупки, които провеждат електричество, което дава на SiC стойности на проводимост, десет пъти по-високи от тези на силиция.

Електрическите свойства на силициевия карбид се определят до голяма степен от неговата разделителна ивица. Тази разлика между енергийните нива на валентната и проводящата лента на атома определя колко електрическо поле може да издържи той; силициевият карбид се отличава с по-широка лентова междина от своя силициев аналог, което му позволява да издържи почти два пъти повече напрежение.

Високото съпротивление на напрежението прави неодима идеален за използване в устройствата за захранване на електрически превозни средства, като осигурява по-дълги разстояния на шофиране и повишена ефективност на управлението на батерията. Освен това по-малкото му тегло в сравнение с алтернативи като галиев нитрид позволява на производителите на силова електроника да намалят значително размера и теглото, като същевременно издържа на високи температури с минимален коефициент на термично разширение.