Formel for silisiumkarbid

Silisiumkarbid (SiC) er en ekstremt hard syntetisk forbindelse av silisium og karbon som forekommer naturlig som edelstenen moissanitt og, i mindre grad, i karbonholdige kondrittmeteoritter.

Kvarts produseres ved å smelte kvartssand og koks ved høye temperaturer i en elektrisk ovn. Kvarts finnes i minst 70 forskjellige krystallformer, hvorav alfaformen med heksagonal krystallstruktur som ligner på wurtzitt, er den mest utbredte.

Fysiske egenskaper

Silisiumkarbid, mer kjent som karborundum, er en keramisk forbindelse som ikke er et oksid, og som har en eksepsjonell hardhet og kjemisk motstandskraft som bare overgås av diamant. Silisiumkarbid i ren form motstår dessuten oksidasjon ved høyere temperaturer, noe som gir en mer pålitelig elektrisk ledningsevne og konduktivitet.

Ved å varme opp silikasand med karbon i en elektrisk ovn får man SiC. Det grønne til blåsorte, krystallinske materialet som produseres, kan deretter deles inn i kvaliteter med ulike fysiske egenskaper: For eksempel har metallurgisk kvalitet A grove lag, mens de glattere krystallene i kvalitet b danner jevnere strukturer.

Disse flerlagsstrukturene har særegne elektriske, optiske og termiske egenskaper. De atomære bindingene består av fire silisiumatomer bundet sammen med fire karbonatomer i et uregelmessig kvadratisk mønster som danner fire sekskantede krystaller; dette gir halvlederegenskaper med bredt båndgap. Ved ekstrudering eller kald isostatisk pressing kan disse materialene formes til stenger eller rør som kan brukes som stenger og rør.

Kjemiske egenskaper

Silisiumkarbid (SiC), ofte omtalt som karborundum, er en hard kjemisk forbindelse av silisium og karbon med halvlederegenskaper med bredt båndgap. SiC er ildfast av natur, og er også kjent for sin høye varmeledningsevne og lave varmeutvidelse, noe som gjør det svært motstandsdyktig mot termisk sjokk.

Krystallinsk SiC krystalliserer i en tettpakket struktur med fire silisium- og fire karbonatomer bundet i tetraedrisk koordinasjon, og har over 70 polytyper; alfa-SiC finnes hyppigst ved temperaturer over 2000 grader C med heksagonal krystallstruktur som ligner på Wurtzite. I mellomtiden forekommer betamodifisering med sinkblende krystallstruktur som ligner på diamant og dannelse av sfaleritt ved lavere temperaturer.

Karborundum er et ekstremt sjeldent stoff i naturen, men et viktig grunnstoff i karbonrike meteoritter i verdensrommet. Stoffet ble først syntetisert kunstig i 1891 av Edward Acheson som en del av arbeidet hans med å produsere kunstige diamanter, men ble til slutt oppdaget naturlig i meteoritten Canyon Diablo i Arizona i 1893 og fikk navnet moissanitt etter nobelprisvinneren Henri Moissan.

Mekaniske egenskaper

Silisiumkarbid har en ekstremt hard overflate med en Mohs-klassifisering på 9 på Mohs-skalaen, noe som gjør det til det hardeste ikke-oksidkeramiske materialet og et av de hardeste materialene i det hele tatt. Det er et utmerket materialvalg for bruksområder som involverer mekanisk slitasje, som slipemidler og ildfaste materialer, samtidig som det har gode termiske egenskaper som motstår både høye temperaturer og termisk sjokk.

Silisium erstatter halvparten av karbonatomene, noe som gir bedre varmeledningsegenskaper på grunn av lik atomradius mellom silisium og karbon - noe som bidrar til å redusere fononspredning.

Silisiumkarbid opptrer som gule til grønne til blåsvarte, iriserende krystaller som sublimerer ved nedbrytning ved 2700 grader Celsius. Selv om SiC er uoppløselig i vann, er det løselig i smeltede alkalier som NaOH og KOH samt i smeltet jern, og dets Young-modul og hardhet bestemmes av tekstur, stablingsfeil, kornstørrelse og arten av korngrensene.

Elektriske egenskaper

Silisiumkarbid har en bred båndgapsenergi som gjør at det tåler høyere temperaturer og spenninger enn silisium, noe som gjør det egnet for bruksområder som krever raske, men pålitelige elektroniske enheter. Dessuten er evnen til å motstå slike spenninger uvurderlig i batterisystemer for elektriske biler, der man kan redusere både størrelse og vekt ved å eliminere omformere helt.

SiC er et populært materiale på grunn av kombinasjonen av keramiske egenskaper og halvlederegenskaper, noe som bidrar til utviklingen av elektronisk teknologi. I tillegg har hardheten, styrken, den lave termiske ekspansjonen og motstanden mot kjemiske reaksjoner bidratt til materialets økende popularitet.

Silisiumkarbid lages ved å varme opp ren silikasand med karbon i en elektrisk ovn, slik at det oppstår barrer av både metallurgisk og slipende kvalitet, kjent som a-SiC og b-SiC, avhengig av kvalitet og bruksområde. Etter at blokkene er formet, skjæres de ned til ulike størrelser og former avhengig av bruksområde, før de blandes med andre elementer som aluminium eller nitrogen for å oppnå de ønskede egenskapene.

nb_NONorwegian
Skroll til toppen