تعريف كربيد السيليكون كربيد السيليكون

كربيد السيليكون (SiC) هو مركب بلوري غير قابل للذوبان يتكون من السيليكون والكربون. ويشار إليه عادةً باسمه التجاري "كاربوروندوم"، ويوجد كربيد السيليكون أيضاً بشكل طبيعي كمعدن المويسانيت النادر جداً.

تُستخدم نظرة خاطفة في الأجهزة الإلكترونية التي تعمل في درجات حرارة وفولتية عالية، مثل إمدادات الطاقة. وعلاوة على ذلك، فهو مادة أساسية في السيارات الكهربائية؛ حيث يعد بزيادة مدى القيادة وتحسين كفاءة الطاقة من خلال زيادة عمر البطارية وزيادة كفاءة الطاقة.

إنها مادة كاشطة بشكل طبيعي

كربيد السيليكون، الذي يشار إليه بشكل أكثر شيوعًا باسم SiC، هو مادة شديدة الكشط توجد عادةً في النيازك والمعدن النادر المويسانيت. ويتكون كربيد السيليكون بالكامل من السيليكون والكربون، ويمكن تطعيمه بالنيتروجين أو الفوسفور لاستخدامه كأشباه موصلات من النوع n أو الألومنيوم أو البورون أو الغاليوم لتطبيقات أشباه الموصلات من النوع p. وغالباً ما يتميز ورق الصنفرة الصناعي بـ SiC كأحد مكوناته في حين أن حبيباته الحادة للغاية يمكنها صنفرة المعادن والزجاج وحجر الفلين الرخامي والحجر الفلين متوسط الكثافة اللوح الليفي متوسط الكثافة للاستخدام الكاشطة السريعة - وهو مثالي للاستخدام كمادة كاشطة!

يُعد الألومنيوم خياراً مثالياً من المواد للتطبيقات عالية الأداء التي تتطلب خواص كيميائية قوية وموصلية حرارية ومعامل تمدد منخفض ومقاومة للتآكل. يمكن العثور على هذا المعدن متعدد الاستخدامات في تطبيقات مثل المواد الكاشطة والأجزاء المقاومة للتآكل والحراريات بسبب صلابته؛ والإلكترونيات بسبب ثباته وموثوقيته؛ وكذلك التطبيقات المعدنية بسبب مقاومته للحرارة.

إن الخصائص الميكانيكية والكيميائية الفريدة لكربيد السيليكون تجعله خيارًا ممتازًا للمواد للتطبيقات الهندسية عالية الأداء مثل محامل المضخات والصمامات وحاقنات السفع الرملي وقوالب البثق ومقاومة التآكل المتينة ونقطة الانصهار العالية تجعل منه مادة ممتازة للاختيار عند استخدامه في المواقف الهندسية القاسية. قد ينتج عن التربة الثقيلة احتكاكًا أقل على سطحها مقارنةً بظروف التربة الخفيفة بينما قد يسبب غبار كربيد السيليكون تليفًا رئويًا غير متقدم لدى البشر.

إنها مادة خزفية

كربيد السيليكون، الذي يشار إليه بشكل أكثر شيوعًا باسم الكربوروندوم، هو مركب بلوري شديد الصلابة من السيليكون والكربون الذي يستخدم منذ فترة طويلة كمادة كاشطة منذ إدخاله في أواخر القرن التاسع عشر. ويستخدم في المقام الأول في عجلات الطحن وأدوات القطع منذ ذلك الحين، ويتراوح استخدامه متعدد الاستخدامات من بطانات الأفران الصناعية الحرارية والأجزاء المقاومة للتآكل في المضخات ومحركات الصواريخ إلى السيراميك وأشباه الموصلات؛ ونظراً لمقاومته ضد التآكل والأكسدة وكذلك قوة درجة الحرارة العالية مع الحد الأدنى من التمدد الحراري، فإنه يعد أحد أكثر المواد الخزفية المستخدمة على نطاق واسع على الإطلاق اليوم.

كربيد السيليكون عبارة عن سيراميك غير أكسدي مع فجوة نطاق أكبر بثلاث مرات من أشباه الموصلات السيليكونية القياسية، مما يعني أنه يمكن أن يتحمل الفولتية الأعلى. وعلاوة على ذلك، تنتج عملية التلبيد جزيئات صغيرة جدًا تقل احتمالية تلف الدوائر الإلكترونية. عند إضافة المنشطات مثل البورون والألومنيوم، يصبح كربيد السيليكون شبه موصل من النوع p؛ وعند إضافة المنشطات بالفوسفور والنيتروجين بدلاً من ذلك يتحول إلى شبه موصل من النوع n.

تُعد عملية تلبيد كربيد السيليكون عملية سهلة، حيث تنتج منتجات كثيفة ذات خواص ميكانيكية متميزة. وتعد صلابته أمرًا بالغ الأهمية للعديد من عمليات التصنيع الكاشطة مثل الطحن والقطع بنفث الماء والسفع الرملي؛ كما يقدّر صانعو الجواهر الحديثون أيضًا متانة كربيد السيليكون وثبات أبعاده العالية؛ ويمكن استخدامه حتى في تصنيع أقراص المكابح عالية الأداء للسيارات الرياضية أو غيرها من المركبات عالية الأداء.

إنها مادة لإلكترونيات الطاقة

كربيد السيليكون، أو SiC، هو مادة سيراميك غير أكسيدية تُستخدم في تطبيقات تتراوح بين المواد الكاشطة والأجزاء المقاومة للتآكل لصلابتها؛ والمعادن والحراريات لمقاومتها للحرارة والتمدد الحراري؛ وتطبيقات إلكترونيات الطاقة بسبب خصائصها المقاومة للجهد; مطعّم بالنيتروجين أو الفوسفور لتشكيل أشباه موصلات من النوع n أو البريليوم والبورون والألومنيوم لتشكيل أشباه موصلات من النوع p؛ وتشكل بنيته البلورية المتقاربة أنواعاً متعددة بتركيبات كيميائية مختلفة وكذلك خصائص كهربائية؛ وفي حين أنه غير قابل للذوبان في الماء فإنه يذوب في القلويات أو الوسائط المحتوية على الحديد.

تتميز SiC عن السيليكون بفجوة نطاق أوسع بكثير تسمح لها بإظهار شبه موصلية. وعلى هذا النحو، فهي تُعد خيارًا مثاليًا من المواد لتطبيقات الجهد العالي، حيث تتحمل جهدًا أكبر بعشر مرات مما يتحمله السيليكون.

يتميز كربيد السيليكون بتوصيل حراري فائق، مما يمكنه من تحمل درجات حرارة تصل إلى 1400 درجة مئوية، أي أعلى بكثير من الحد الأقصى للسيليكون القياسي البالغ 175 درجة مئوية. ولذلك، فإن كربيد السيليكون يقلل من الحاجة إلى أنظمة التبريد النشطة في الأجهزة الإلكترونية التي تعمل بالطاقة مثل محولات التيار المستمر إلى تيار مستمر وشواحن مدمجة.

يمكن تصنيع كربيد السيليكون من خلال عمليات مختلفة، بما في ذلك طرق الترابط التفاعلي وطرق التفريغ القابل للذوبان في الماء. تتضمن طرق الترابط التفاعلي خلط مسحوق كربيد السيليكون المسحوق مع مسحوق الكربون والملدنات قبل تشكيله في الأشكال المرغوبة قبل حرق أي ملدنات موجودة في الخليط. وتتضمن طريقة الحرق بالتقنية CVD تسخين رمل السيليكا النقي الممزوج بفحم الكوك في فرن من نوع المقاومة الكهربائية أثناء تمرير التيار عبر موصله؛ وبعد ذلك يتم طحنه إلى مسحوق ناعم لاستخدامه كمادة كاشطة.

إنها مادة لصناعة السيارات

كربيد السيليكون، أو SiC، هو أحد أقسى المواد المعروفة. وتُستخدم هذه المادة في المقام الأول كمادة للسيارات في أقراص المكابح عالية الأداء للسيارات الرياضية والسيارات الخارقة؛ ومع ذلك، تستخدم أشباه الموصلات ومكونات إلكترونيات الطاقة هذه المادة أيضًا نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكهربائية الممتازة التي تجعلها مناسبة لتطبيقات الجهد العالي.

إن المواد الخزفية ذات الخصائص الخزفية غير الأكسيدية المرغوبة تجعلها خيارًا ممتازًا للعديد من التطبيقات الصناعية، بدءًا من أجهزة الاستشعار وأجهزة أشباه الموصلات إلى التكنولوجيا القابلة للارتداء والزراعات الطبية. يمكن للسيراميك المخدّر بكميات مختلفة من الألومنيوم أو البورون أو الكربون أن يحقق خصائص أداء محددة لمختلف الاستخدامات الصناعية ويمكن إنتاجه في أجهزة ذات جهد منخفض للاستخدام عالي الجهد.

إن البنية الذرية ل SiC تجعلها موصلًا ممتازًا، مما يجعلها مثالية للاستخدام كترانزستورات في السيارات الكهربائية (EVs). تقلل هذه الرقائق من الحرارة المتولدة أثناء التشغيل لزيادة الكفاءة وإطالة عمر البطارية، فضلاً عن قدرتها على تحمل درجات حرارة تشغيل أعلى، وبالتالي التخلص من أنظمة التبريد النشطة التي تضيف وزناً وتعقيداً إلى تصميم السيارة الكهربائية.

لقد تغيرت عملية تصنيع كربيد السيليكون بمرور الوقت، ولكن تظل العملية الأساسية مشابهة لتلك التي ابتكرها إدوارد أتشيسون في عام 1891. حيث يتم تسخين خليط من رمل السيليكا النقي وكربون فحم الكوك في فرن كهربائي حتى يتم إشعالها بواسطة شمعة شرارة كهربائية مصنوعة من موصل الكربون، مما ينتج عنه بلورات خضراء لامعة ذات صلابة كبيرة.