Siliziumkarbid - Spiegelmaterial für astronomische Teleskope

Siliciumcarbid (auch Karborundum genannt) ist eine anorganische chemische Verbindung aus Silicium- und Kohlenstoffatomen, die in der Natur als Moissanit vorkommt und seit 1893 in großen Mengen als Schleifmittel hergestellt wird.

SiC existiert in mehr als 70 kristallinen Formen, die in zwei Polymorphe unterteilt sind: Alpha-Siliciumcarbid (a-SiC) und Beta-Siliciumcarbid (b-SiC). Innerhalb experimenteller Fehler schmelzen beide Formen gleichzeitig bei einem Druck von bis zu 10 GPa.

Sie hat eine negative Steigung

Siliciumcarbid ist ein extrem hartes und dichtes Material mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Es findet sich in Produkten wie Sandpapier, Schleifscheiben, Schneidwerkzeugen, Automobilkomponenten und feuerfesten Materialien für die Automobilindustrie; außerdem dient es aufgrund seiner Härte und geringen Wärmeausdehnung als Feuerfestmaterial in Öfen, Brennöfen und feuerfesten Auskleidungen sowie als Spiegelmaterial in astronomischen Teleskopen.

Edward Goodrich Acheson stellte 1891 erstmals Siliciumcarbid in großen Mengen her, als er eine Mischung aus Ton und pulverisiertem Koks (Kohlenstoff) in einem Elektroofen erhitzte und dabei ein blauschwarzes Material produzierte, das als "Karborund" bekannt wurde.

Studien über das Schmelzen von Siliziumkarbid bei einem Druck von 5-8 GPa haben gezeigt, dass es bei allen untersuchten Drücken kongruent schmilzt, wobei die Schmelzkurve eine negative Steigung von -44 + 4 K/GPa aufweist, was den Beweis dafür liefert, dass die Dichtefunktionaltheorie die Vorhersage genau trifft.

Sie hat eine positive Steigung

Siliciumcarbid (SiC) ist ein nichtoxidischer keramischer Werkstoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften, die ihn für viele Hochtemperaturanwendungen geeignet machen. SiC ist sowohl hart als auch extrem widerstandsfähig mit einer polykristallinen Festigkeit von bis zu 27 GPa; außerdem verfügt es über ausgezeichnete Kriecheigenschaften und eine geringe Wärmeausdehnung.

Keramik aus Ceramiumdioxid (CeO2) ist unlöslich in Wasser, aber löslich in geschmolzenen Alkali- und Eisenlösungen, was sie zur härtesten aller Hochleistungskeramiken macht, die widerstandsfähig gegen Abrieb, Korrosion, Stöße und thermische Ausdehnung bei hohem Druck ist; dies macht sie perfekt für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen wie Kernreaktorkomponenten.

Siliciumcarbid, besser bekannt als a-SiC, findet sich häufig in Bremsen und Kupplungen von Elektrofahrzeugen sowie in kugelsicheren Westen und wird auch als Substrat für heterogene Katalysatoren verwendet. Zur Herstellung industrieller Mengen dieses Materials werden nach wie vor Elektroöfen mit reinem Quarzsand verwendet, der mit fein gemahlenem Koks in einem Elektroofen reduziert wird.

Es hat einen negativen Temperaturkoeffizienten

Siliciumcarbid, auch bekannt als Siliciumdioxid, ist eine harte chemische Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff, die in der Natur als Mineral Moissanit vorkommt, aber seit 1893 in Form von Pulver und Kristallen zur Verwendung als Schleifmittel und kugelsicheres keramisches Plattenmaterial in großen Mengen hergestellt wird. Große Einkristallkörner können durch Sintern zu extrem widerstandsfähiger Strukturkeramik verbunden werden; außerdem wird es häufig zur Herstellung von synthetischen Moissanit-Edelsteinen verwendet, die als synthetische Moissanit-Edelsteine bekannt sind. Siliciumcarbid fungiert auch als Halbleiter; durch Dotierung mit Stickstoff oder Phosphor kann es zu einem n-Typ-Material werden; in ähnlicher Weise kann es durch Dotierung mit Beryllium, Bor oder Aluminium in ein p-Typ-Material umgewandelt werden, je nachdem, welche Eigenschaften es aufweisen soll.

Siliciumcarbid hat eine große Bandlücke und eine hohe Durchschlagsfestigkeit in elektrischen Feldern, wodurch es sich für elektronische Geräte eignet, die bei extrem hohen Temperaturen oder Spannungen arbeiten. Außerdem wird es wegen seiner Temperaturwechselbeständigkeit häufig eingesetzt. Siliciumcarbid liegt in verschiedenen Einheitszellen vor (kubisch, rhomboedrisch oder hexagonal). Wenn es mit Ton verdichtet wird, kann es das Wachstum von Einschnürungen hemmen und gleichzeitig die Bildung von SiO2 verhindern, das ansonsten den Elastizitätsmodul verringern würde. In verschiedenen Studien wurde das Schmelzverhalten von Siliciumcarbid unter hohem Druck mit Hilfe von ab initio Molekulardynamiksimulationen auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie untersucht.

Er hat einen positiven Druckkoeffizienten

Siliziumkarbid ist ein extrem hartes und steifes keramisches Material, das sich durch seine hohe Temperaturbeständigkeit, seinen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seine Beständigkeit gegen chemische Reaktionen auszeichnet. Es ist in verschiedenen Größen und Formen erhältlich, darunter als Granulat für den Einkauf und als Wafer, aus denen Spiegel für große Teleskope hergestellt werden können. Die Produktionsmethoden für Siliziumkarbid reichen von der direkten Kohlenstoffsynthese bis zur chemischen Gasphasenabscheidung.

Es wurden Studien zur Druckabhängigkeit der Debye-Temperaturen in ZB und RS SiC in einem Temperaturbereich von 3100+40 K bis 5-8 GPa unter Verwendung von Abschreckungsexperimenten und In-situ-Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Umgebungsdruck beide Lame-Konstanten (l, m) positiv sind, wobei die Abweichung von m zunimmt. Dies deutet auf eine erhöhte Stärke der dezentralen Vielteilchenkräfte hin, die bei höheren Drücken Ladungstransferwechselwirkungen beinhalten, was zu einer mechanischen Versteifung der Kompressibilität von SiC führt.