Властивості карбіду кремнію

Карбід кремнію (SiC) - це надзвичайно міцний матеріал із твердістю 9 балів за шкалою Мооса та естетичною привабливістю, яка не поступається алмазу.

EAG Laboratories має великий досвід аналізу SiC на ці властивості, використовуючи об'ємні та просторово-розширені методи аналізу. Він може слугувати як електричним ізолятором, так і напівпровідником.

Твердість

Карбід кремнію - одна з найтвердіших речовин у світі, що посідає дев'яте місце за шкалою Мооса і поступається за твердістю лише алмазу. Карбід бору та алмаз навіть твердіші за карбід кремнію - з нього виготовляють ріжучі інструменти, бронежилети, автомобільні деталі та дзеркала для астрономічних телескопів. Тверда і міцна поверхня карбіду кремнію чудово підходить для використання в якості абразивних і ріжучих інструментів, конструкційних матеріалів (бронежилети), автомобільних деталей і дзеркал, що використовуються в телескопах!

Термостійка кераміка - це надзвичайно тверда, неокисна кераміка. Завдяки своїй міцності, високій теплопровідності, низькому коефіцієнту теплового розширення і відмінній стійкості до окислення вона є незамінним вогнетривким матеріалом.

Карбід кремнію (атомний номер 14) і вуглець (атомний номер 6) утворюють неорганічну сполуку, відому як карбід кремнію, з двома первинними координаційними тетраедрами, утвореними з ковалентно зв'язаних чотирьох атомів вуглецю і чотирьох атомів кремнію, що створюють надзвичайно міцну і жорстку тісноупаковану структуру з чудовими показниками міцності і жорсткості; його політипи можуть навіть складатися, утворюючи політипи. Карбід кремнію забезпечує широкозонні напівпровідникові властивості, вимагаючи втричі менше енергії для вивільнення електронів з орбітальних станів порівняно з кремнієм.

Стійкість до корозії

Найважливішою властивістю карбіду кремнію є його стійкість до корозії. Він не лише стійкий до найагресивніших кислот (соляної, сірчаної та фтористоводневої), лугів і розчинників, які тільки можна собі уявити, а також до окислювальних середовищ, таких як азотна кислота або пара, але й може похвалитися чудовими ізоляційними властивостями, що захищають від пошкоджень під впливом екстремальних температур або електричних полів.

Спечений карбід кремнію забезпечує чудову термостійкість завдяки своїй щільності, твердості, широкозонним напівпровідниковим характеристикам, що дозволяє знизити витрати енергії електронів на зміщення зони провідності, а також низькому коефіцієнту теплового розширення.

Корозійну стійкість також можна підвищити за рахунок присутності спікаючих добавок, зернограничних фаз і пористості; їх тип і кількість залежать від того, наскільки швидко корозія реагує з іншими середовищами.

Ступінь окислення карбіду кремнію можна контролювати за допомогою вуглецю, який діє як пасивуючий агент, допомагаючи зменшити швидкість корозії та подовжити термін служби виробу під впливом окислювальних середовищ в умовах експлуатації.

Теплопровідність

Карбід кремнію - надзвичайно твердий матеріал, що знаходиться десь між глиноземом (9 за шкалою Мооса) і алмазом (10). Завдяки поєднанню твердості та термостійкості карбід кремнію є чудовим матеріалом для складних механічних застосувань у деталях, призначених для роботи зі зносостійкими матеріалами та вогнетривами.

Крім того, завдяки відмінній стійкості до термічних ударів і низькому коефіцієнту теплового розширення силіконовий каучук добре підходить для використання у високотемпературних середовищах і компонентах, що застосовуються в трубопровідних системах.

Карбід кремнію можна легувати різними елементами, щоб змінити його електронні властивості. Легування азотом або фосфором перетворює його на напівпровідник n-типу, тоді як легування берилієм, бором або алюмінієм перетворює його на напівпровідник p-типу.

Різниця в ширині забороненої зони карбіду кремнію між його валентною зоною і зоною провідності ускладнює перемикання електронів між двома зонами, що дозволяє йому витримувати до 10 разів більше електричних полів до того, як він стане крихким і зруйнується, ніж силікон.

Електропровідність

Карбід кремнію має низку електричних властивостей, які можна змінювати за допомогою легування. Легування передбачає додавання домішок до його кристалічної структури з метою утворення вільних електронів і дірок, які проводять електрику, завдяки чому провідність SiC в десятки разів вища, ніж у кремнію.

Електричні властивості карбіду кремнію значною мірою визначаються його шириною забороненої зони. Різниця між енергетичними рівнями валентної зони та зони провідності атома визначає, яку силу електричного поля він може витримати; карбід кремнію може похвалитися ширшою забороненою зоною, ніж його кремнієвий аналог, що дозволяє йому витримувати майже вдвічі більшу напругу.

Висока стійкість до високої напруги робить неодим ідеальним для використання в силових пристроях електромобілів, забезпечуючи більшу дальність поїздки та підвищуючи ефективність управління батареєю. Крім того, його менша вага порівняно з альтернативними матеріалами, такими як нітрид галію, дозволяє виробникам силової електроніки значно зменшити розмір і вагу, а також витримувати високі температури з мінімальним коефіцієнтом теплового розширення.