تعريف كربيد السيليكون كربيد السيليكون

كربيد السيليكون مادة متقدمة تم تطويرها للاستخدام في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. يمكن أن تقلل من الاعتماد على أنظمة التبريد النشطة التي تضيف وزناً وتكلفة للسيارات الكهربائية (EVs).

يتميز كربيد السيليكون بمقاومة فائقة للجهد الكهربائي أكبر بعشر مرات من السيليكون العادي، بل ويتفوق على نيتريد الغاليوم في هذا الصدد.

إنها مادة بلورية

كربيد السيليكون (SiC) مادة صناعية ذات استخدامات عديدة. ونظرًا لخصائصه الترايبولوجية الفائقة، فإنه يوجد عادةً في فوهات التفجير، وموانع التسرب، والمحامل الميكانيكية وتطبيقات مانعات التسرب الميكانيكية. كما تستخدم الحراريات والسيراميك أيضاً مادة SiC لأنها تضيف صلابة.

يعمل كل من الماء والكحول والمحاليل الحمضية على إذابته بالكامل؛ كما أن معظم المذيبات العضوية تظل مقاومة له. ونظراً لخصائصه شبه الموصلة فإن خصائصه الكهربائية تقدم بعض الخصائص المثيرة للاهتمام - يمكن أن تختلف المقاومة عبر التركيبات بما يصل إلى سبع مراتب من حيث الحجم!

أنتج إدوارد أتشيسون لأول مرة سيكلوريد السيليكون الاصطناعي في عام 1891، بينما اكتشف هنري مويسان شكله الطبيعي لأول مرة في عام 1905 أثناء استكشافه لنيزك كانيون ديابلو في أريزونا. واليوم، جميع أحجار SiC التجارية التي تباع للبيع هي أحجار اصطناعية مع بعض الاستثناءات لجواهر المويسانيت التي قد تكون طبيعية.

وهو عبارة عن سيراميك غير أكسيد

كربيد السيليكون، أو SiC، هو سيراميك متميز يتميز بالعديد من الخصائص الفيزيائية المفيدة. وتشمل هذه الخصائص القوة العالية ومعدل التمدد الحراري المنخفض ومقاومته للتآكل والتفاعلات الكيميائية - وهي صفات تجعله مناسبًا للاستخدام كمادة كاشطة ومكون حراري بالإضافة إلى توصيله الكهربائي الممتاز.

إن الصلابة المبردة التي تبلغ 9 على مقياس موس تجعل من الخزف الحراري مادة ممتازة لعجلات الطحن وغيرها من المنتجات الكاشطة، بالإضافة إلى استخدامها في التطبيقات الحرارية مثل فوهات الموقد وأنابيب اللهب.

يوجد الجرافيت المبرد في عدة أصناف تُعرف باسم متعدد الأنواع وتتميز بترتيب رباعي الأوجه تناسقي أولي رباعي الأوجه يضم أربع ذرات كربون وأربع ذرات سيليكون مرتبطة بروابط بين وحدات رباعي الأوجه مرتبطة مباشرة. ويمكن بعد ذلك ربط هذه الوحدات معًا أو تكديسها معًا لتكوين بنى مختلفة.

إنها مادة حرارية

كربيد السيليكون مادة متينة ولكنها هشة قادرة على تحمل درجات الحرارة العالية، وتتميز بفجوة نطاق عريضة لتطبيقات الجهد العالي.

على المستوى الصناعي، يتم إنتاج مسحوق السيليكا واستخدامه في السيراميك والمواد المقاومة للحرارة والإلكترونيات شبه الموصلة. وعلى الرغم من وجوده بشكل طبيعي في التكوينات المعدنية للمويسانيت، إلا أن معظمه يتم تصنيعه صناعيًا اليوم.

توفر الحراريات المصنوعة من كربيد السيليكون المربوطة بالطين مقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعلها مناسبة كقرميد قمائن لتطبيقات صهر المعادن غير الحديدية. وعلاوة على ذلك، فإنها تصنع مواد تسخين غير مباشرة ذات درجة حرارة عالية رائعة؛ مثل قرميد التبطين لخزانات التحليل الكهربائي للألومنيوم أو كبطانات أفران التصحيح في أفران صهر النحاس أو ألواح قوس أفران مسحوق الزنك.

إنها مادة مقاومة للتآكل

كربيد السيليكون هو مادة سيراميك شديدة الصلابة وغير الأكسيد توجد عادةً في المواد الكاشطة والحراريات والمكونات المقاومة للتآكل ومكونات مرونة التآكل بسبب قوتها. وعلاوةً على ذلك، يُستخدم كربيد السيليكون كمادة أساسية في الأنظمة الإلكترونية التي تعمل في درجات حرارة أو فولتية مرتفعة.

تم اكتشاف المويسانيت النادر في الطبيعة والذي لا يتم إنتاجه صناعيًا إلا بالطرق الاصطناعية، وقد تم اكتشاف المويسانيت لأول مرة في وادي ديابلو كانيون في أريزونا عام 1893 حيث تم تسميته لاحقًا بالمويسانيت من خلال براءة اختراع إدوارد أتشيسون عام 1891 بشأن تكوين بلورات سيكلون سوداء صغيرة من خلال وسائل اصطناعية.

توفر مادة السيراميك من هذا العيار خصائص فائقة. فهي تتمتع بنطاق درجة حرارة تشغيل أعلى من أشباه الموصلات السيليكونية ويمكنها التعامل مع الفولتية الأعلى دون الخضوع للسخونة الزائدة أو التلف.

إنها مادة ذات درجة حرارة عالية

كربيد السيليكون هو سيراميك حراري متعدد الاستخدامات يستخدم في العديد من التطبيقات. وباعتباره أحد أكثر المواد صلابة على مقياس موس للصلابة، يحتل كربيد السيليكون المرتبة التاسعة من حيث الصلابة. وعلاوة على ذلك، فإنه يتميز بمقاومة ممتازة لكل من التآكل والتآكل وكذلك الصدمات الحرارية، بينما يتحمل درجات الحرارة والجهود العالية دون تلف أو انهيار.

وكما هو الحال مع معظم التراكيب البلورية، تأتي بنيتها البلورية في أشكال مختلفة - أو متعددة الأنواع - لكل منها تسلسل تكديس خاص بها. وتتكون رباعي السطوح التناسقية الأولية من أربع ذرات كربون وأربع ذرات سيليكون متصلة في زواياها في هياكل قطبية.

نظرًا لخصائصه الترايبولوجية الاستثنائية، يُعد البلاستيك مادة ممتازة للمضخات وموانع التسرب الميكانيكية والمحامل ومعدات الصناعة الكيميائية وكمادة كاشطة.

إنها مادة عالية الجهد

يُعد كربيد السيليكون أحد أكثر المواد تنوعاً في العالم. وهو يلعب دورًا أساسيًا في السيارات الكهربائية عالية الأداء وأنظمة إدارة البطاريات، حيث تقضي قدراته عالية الجهد على أنظمة التبريد النشطة التي تضيف التكلفة والوزن والتعقيد إلى السيارات الكهربائية.

يمكن العثور على الكاربوروندوم، وهو سيراميك صلب ومادة شبه موصلة معروفة باسم الكاربوروندوم، بشكل طبيعي في معادن المويسانيت بالإضافة إلى إنتاجه صناعياً. وخلافاً لأشباه الموصلات التقليدية مثل السيليكون، يتمتع الكاربوروندوم بفجوة نطاق واسعة تسمح بنقل الكهرباء بكفاءة أكبر من أي وقت مضى. وعلاوة على ذلك، يمكن تعديل توصيليته من خلال إضافة شوائب إلى بنيته البلورية.

إنها مادة عالية الكفاءة

كربيد السيليكون (SiC) هو مادة موفرة للطاقة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى تيار متناوب، مما يجعلها مناسبة لتحويل الطاقة الكهربائية من إمدادات الشبكة. ويؤدي تخدير كربيد السيليكون بالنيتروجين أو الفوسفور إلى إنتاج أشباه موصلات من النوع n، بينما يؤدي التخدير بالألومنيوم أو البورون أو الغاليوم إلى ظهور خصائص أشباه الموصلات من النوع p.

يتميز الألومنيوم بتوصيل حراري ممتاز، وقوة درجة حرارة عالية، وتمدد حراري منخفض ومقاومة للتفاعل الكيميائي - وهي صفات تجعله مادة حرارية مثالية. وعلاوة على ذلك، فإن سطحه الصلب والمتين يجعله مناسبًا للعديد من الاستخدامات الصناعية ويجعل منه خيارًا ممتازًا للمواد المقاومة للحرارة.

يوجد SiC الطبيعي على هيئة معدن المويسانيت النادر؛ ويتم إنتاجه صناعياً في حبيبات صغيرة مرتبطة ببعضها البعض في السيراميك أو الحراريات لتطبيقات السيراميك أو يوجد بكميات صغيرة في النيازك الكوندريت الكربونية والكمبرلايت.