فيمَ يُستخدم كربيد السيليكون؟

يحتوي كربيد السيليكون على العديد من الاستخدامات ويأتي في شكل مواد كاشطة ومسحوق السيراميك والدروع الواقية من الرصاص.

يُعد الكاربوروندوم (SiC)، وهو مركب بلوري من السيليكون والكربون، أحد أقسى المواد المعروفة بخصائص فريدة تجعله مفيدًا في مختلف الصناعات.

مادة كاشطة

كربيد السيليكون صلب وهش، مما يجعله مادة كاشطة فعالة. ويستخدمها المصنعون في إنتاج منتجات مثل ورق الصنفرة؛ تأتي هذه المادة بأحجام مختلفة من الحبيبات الخشنة إلى الأحجام الدقيقة جدًا لعمليات الطحن، حيث تستخدم الأحجام الخشنة لإزالة كميات كبيرة من المخزون في عمليات الطحن الأولية بينما تصقل الأحجام الدقيقة أسطح قطع العمل لإنتاج تشطيبات ناعمة.

تُستخدم كربيد السيليكون الكاشطة في المنتجات التي تتطلب قدرة تحمل عالية، مثل مكابح السيارات وألواح السيراميك المستخدمة في السترات الواقية من الرصاص. وعلاوة على ذلك، يمكن العثور على هذه المادة أيضًا في المواد المركبة مثل كربيد السيليكون المقوى بألياف الكربون (CFRC).

الحراريات

كربيد السيليكون مادة خام لا غنى عنها في إنتاج المواد المقاومة للحرارة. وبفضل خصائصه الكيميائية المستقرة، والتوصيل الحراري العالي، ومعامل التمدد الحراري الصغير، والمقاومة الممتازة للتآكل، فإنه يشكل مادة مثالية لصنع مواد كاشطة مقاومة لدرجات الحرارة العالية مثل المواد الكاشطة ذات السيور وورق الصنفرة وعجلات الطحن وأدوات حجر الزيت وكذلك أدوات ماكينات السيليكون الأحادي البلورية/ السيليكون متعدد البلورات.

المعدن شديد الصلابة والهشاشة، ومع ذلك يتمتع بثبات حراري وميكانيكي عالٍ. ويتكون من ذرات السيليكون المحاطة بذرات الكربون والأكسجين، مما يجعله مقاومًا للحرارة والإجهاد الميكانيكي بالإضافة إلى درجة انصهار مذهلة.

يكون كربيد السيليكون النقي عديم اللون، وقد يتراوح لونه في الدرجات الصناعية من البني إلى الأسود بسبب شوائب الحديد أو الألومنيوم أو النيتروجين أو الكربون الحر. توجد طرق تخدير تخلق أشباه موصلات مختلفة: على سبيل المثال يمكن تخدير كربيد السيليكون من النوع n بالنيتروجين أو الفوسفور بينما يمكن تخدير الإصدارات من النوع p بالألمنيوم أو البورون أو الغاليوم.

الدرع الواقي من الرصاص

كربيد السيليكون هو أحد أكثر المواد صلابة على الأرض. وهذا ما يجعله مثاليًا للسترات الواقية من الرصاص التي يرتديها أفراد الشرطة والجيش، كما أن خصائصه الحرارية تجعله مقاومًا للحرارة.

ومن المعروف أن مواد السيراميك مثل هذه المواد قوية. علاوة على ذلك، فإن السيراميك موصل ممتاز للحرارة والكهرباء - مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الإلكترونية مثل ترانزستورات الطاقة. علاوة على ذلك، تُعد مقاومة التآكل ميزة أخرى.

يحتوي كربيد السيليكون النقي على بنية متعددة الطبقات ويوجد في أنواع أو أصناف مختلفة، يتميز كل منها بتسلسل التراص الذي يعطي كل نوع خاصيته الفيزيائية الفريدة - على سبيل المثال تحتوي بعض الأشكال على روابط تساهمية بين أربع ذرات كربون مرتبطة تساهمياً بذرة سيليكون واحدة مكونة بنية شبكية معقدة.

يتم إنتاج المويسانيت صناعيًا ولا يوجد إلا نادرًا في الطبيعة، على الرغم من أنه قد توجد كميات صغيرة منه في شكل جواهر المويسانيت. ويؤدي المويسانيت دورًا أساسيًا في المركبات الكهربائية حيث أن قدرته على تحمل درجات الحرارة المرتفعة تسمح للمركبات بأن تصبح أكثر كفاءة في استخدام الطاقة مع تقليل أنظمة التبريد النشطة التي تضيف وزنًا وتكلفة وتعقيدًا.

أشباه الموصلات

سيراميك كربيد السيليكون عبارة عن سيراميك متعدد الاستخدامات من غير الأكسيد يستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة ميكانيكية وحرارية على حد سواء، مثل الأجزاء المقاومة للتآكل؛ والحراريات لمقاومة الحرارة؛ والمواد المقاومة للحرارة للتحكم في التمدد الحراري؛ والأجهزة الإلكترونية لأشباه الموصلات التي تعمل في درجات حرارة أو جهد عالي. إن صلابة كربيد السيليكون تجعله مناسبًا لهذه الاستخدامات، في حين أن توصيله الحراري يجعله مادة فعالة لمقاومة الحرارة. وتمتد استخداماته المتنوعة إلى ما هو أبعد من التطبيقات الميكانيكية وحدها؛ ومن الأمثلة على ذلك: المواد الكاشطة؛ والأجزاء المقاومة للتآكل؛ والحراريات لمقاومة الحرارة؛ والأجهزة الإلكترونية شبه الموصلة التي تعمل في درجات حرارة أو فولتية عالية على التوالي.

يتشكل كربيد السيليكون البلوري في بنية متراصة متقاربة تتكون من ذرات مترابطة تساهمياً تشكل رباعي رباعي الإحداثيات الأساسي مكون من أربع ذرات سيليكون وأربع ذرات كربون، مما يمنحه صلابة وقوة لا تصدق. ولسوء الحظ، فهو غير قابل للذوبان في الماء أو الكحول ولكنه مقاوم لمعظم الأحماض/الأملاح العضوية وغير العضوية (مع استثناءات هي حمض الهيدروفلوريك والفلوريدات الحمضية).

وتتميز أشباه موصلات كربيد السيليكون بفجوة نطاق واسعة تسمح باستخدام أجهزة أصغر بكثير وأكثر كفاءة من أجهزة السيليكون المكافئة (Si)، مما يفتح إمكانية استخدامها في إلكترونيات الطاقة في السيارات الكهربائية وكذلك دعم عمليات الرقمنة في العمليات الصناعية.