Piikarbidi - Tähtitieteellisten teleskooppien peilimateriaali

Piikarbidi (tunnetaan myös nimellä karborundi) on pii- ja hiiliatomeista koostuva epäorgaaninen kemiallinen yhdiste, jota esiintyy luonnossa moissaniittina ja jota on valmistettu massatuotantona vuodesta 1893 alkaen hioma-aineeksi.

SiC:tä on yli 70 kiteistä muotoa, jotka jakautuvat kahteen polymorfiin: alfa-piikarbidi (a-SiC) ja beetapiikarbidi (b-SiC). Kokeellisen virheen rajoissa molemmat muodot sulavat samanaikaisesti jopa 10 GPa:n paineessa.

Sen kaltevuus on negatiivinen

Piikarbidi on erittäin kova ja tiivis materiaali, jolla on useita käyttökohteita. Sitä käytetään esimerkiksi hiomapaperissa, hiomalaikoissa, leikkuutyökaluissa, autoteollisuuden komponenteissa ja autoteollisuuden tulenkestävissä aineissa; lisäksi sitä käytetään tulenkestävänä aineena uuneissa, uuneissa ja tulenkestävissä vuorauksissa sekä peilimateriaalina tähtitieteellisissä teleskoopeissa kovuutensa ja alhaisen lämpölaajenemisnopeutensa vuoksi.

Edward Goodrich Acheson valmisti piikarbidia ensimmäisen kerran massatuotantona vuonna 1891, kun hän lämmitti saven ja jauhemaisen koksin (hiilen) seosta sähköuunissa, jolloin syntyi sinimustaa materiaalia, joka tunnetaan nimellä "karborundi".

Tutkimukset piikarbidin sulamisesta 5-8 GPa:n paineissa ovat osoittaneet, että se sulaa yhteneväisesti kaikissa tutkituissa paineissa, ja sen sulamiskäyrän negatiivinen kaltevuus on -44 + 4 K/GPa, mikä on osoitus siitä, että tiheysfunktionaaliteoria on ennustanut sen tarkasti.

Sen kaltevuus on positiivinen

Piikarbidi (SiC) on oksiditon keraaminen materiaali, jolla on poikkeuksellisia ominaisuuksia, joiden ansiosta se on käyttökelpoinen monissa korkean lämpötilan sovelluksissa. SiC on sekä kovaa että erittäin lujaa, ja sen polykiteisen kappaleen lujuus on jopa 27 GPa; lisäksi sillä on erinomaiset virumisenkesto-ominaisuudet ja alhainen lämpölaajeneminen.

Keraaminen keramiikka (CeO2) ei liukene veteen, mutta liukenee sulaan emäksiseen ja rautaliuokseen, mikä tekee siitä kovimman kaikista kehittyneistä rakennekeraameista, ja se kestää kulutusta, korroosiota, iskuja ja lämpölaajenemista korkeissa paineissa, minkä vuoksi se soveltuu erinomaisesti käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa, kuten ydinreaktorin osissa.

Piikarbidia, josta käytetään yleisemmin nimitystä a-SiC, käytetään yleisesti sähköajoneuvojen jarruissa ja kytkimissä sekä luotiliiveissä, ja sitä käytetään myös heterogeenisten katalyyttien substraattina. Tämän materiaalin teollisessa tuotannossa käytetään edelleen sähköuunia, joissa käytetään puhdasta piihiekkaa, joka on pelkistetty hienoksi jauhetulla koksilla sähköuunissa. Piikarbidin teollinen tuotanto on edelleen suosittu valinta tehoelektroniikan suurjännitesovelluksissa.

Sen lämpötilakerroin on negatiivinen

Piikarbidi, joka tunnetaan myös nimellä piidioksidi, on kova kemiallinen yhdiste, joka koostuu piistä ja hiilestä ja jota esiintyy luonnossa moissaniittimineraalina, mutta jota on tuotettu massatuotantona vuodesta 1893 lähtien jauheena ja kiteenä käytettäväksi hioma-aineena ja luodinkestävien liivien keraamisina levyinä. Suuret, yksittäiset kiderakeet voidaan yhdistää sintraamalla erittäin sitkeän rakennekeramiikan tuottamiseksi; lisäksi sitä käytetään usein synteettisten moissanite-jalokivien valmistukseen, joita kutsutaan synteettisiksi moissanite-jalokiviksi. Piikarbidi toimii myös puolijohde; doping se typellä tai fosforilla voi tehdä siitä n-tyypin materiaalin; vastaavasti beryllium, boori tai alumiini voi muuttaa sen p-tyypin materiaaliksi riippuen siitä, mitä sen ominaisuudet doping tulee doping se muuttaa sen n-tyypin puolijohdemateriaaliksi.

Piikarbidilla on laaja kaistaväli ja suuri sähkökentän läpilyöntikestävyys, minkä vuoksi se soveltuu elektroniikkalaitteisiin, jotka toimivat erittäin korkeissa lämpötiloissa tai jännitteissä. Lisäksi sen lämpöshokin kestävä luonne tarkoittaa, että sitä käytetään laajalti. Piikarbidilla on erilaisia yksikkösoluja (kuutiomaisia, romboedrisiä tai kuusikulmaisia). Jos sitä tiivistetään saven avulla, se voi estää kaulan kasvua ja samalla estää SiO2:n muodostumisen, joka muutoin heikentäisi kimmomoduulia. Useissa tutkimuksissa on tutkittu sen sulamiskäyttäytymistä korkeassa paineessa käyttämällä tiheysfunktionaaliteorian simulaatioihin perustuvia ab initio-molekyylidynamiikkasimulaatioita.

Sen painekerroin on positiivinen

Piikarbidi on erittäin kova ja jäykkä keraaminen materiaali, jolle on ominaista sen korkea lämpötilakestävyys, alhainen lämpölaajenemiskerroin ja kemiallisen reaktion kestävyys. Sitä on saatavana eri kokoisena ja eri muodoissa, kuten rakeisena ostettavaksi sekä kiekkoina, joista voidaan valmistaa peilejä suuriin teleskooppeihin. Piikarbidin tuotantomenetelmät vaihtelevat suorasta hiilisynteesistä kemialliseen höyrypinnoitukseen.

ZB- ja RS-SiC:n Debye-lämpötilojen riippuvuutta paineesta 3100+40 K:n ja 5-8 GPa:n välillä on tutkittu sammutuskokeiden ja in situ -mittausten avulla lämpötiloissa, jotka vaihtelevat 3100+40 K:n ja 5-8 GPa:n välillä, käyttäen sammutuskokeita ja in situ -mittauksia. Tulokset osoittavat, että huoneenpaineessa molemmat Lamen vakiot (l, m) ovat positiivisia m:n poikkeaman kasvaessa, mikä viittaa siihen, että ei-keskeisten monikappalevoimien, joihin liittyy varauksensiirtovuorovaikutuksia, voimakkuus kasvaa korkeammissa paineissa, mikä johtaa SiC:n kokoonpuristuvuuden mekaaniseen jäykistymiseen.