За какво се използва силициевият карбид?

Силициевият карбид има многобройни приложения и се предлага под формата на абразиви, керамичен прах и бронежилетка.

Карборундът (SiC), кристално съединение на силиций и въглерод, е едно от най-твърдите познати вещества с уникални свойства, които го правят полезен в различни индустрии.

Абразивен

Силициевият карбид е твърд и крехък, което го прави ефективен абразивен материал. Производителите го използват при производството на продукти като шкурка; този материал се предлага с различна зърнометрия - от груба до много фина за шлайфане, като по-грубите се използват за отстраняване на големи количества материал при първоначално шлайфане, а по-фините полират повърхностите на детайлите, за да се получи гладка повърхност.

Абразивният силициев карбид се използва в продукти, изискващи висока издръжливост, като автомобилни спирачки и керамични плочи, използвани в бронежилетки. Освен това този материал може да бъде открит и в композитни материали като подсилен с въглеродни влакна силициев карбид (CFRC).

Огнеупорни

Силициевият карбид е незаменима суровина в производството на огнеупорни материали. Със своите стабилни химични свойства, висока топлопроводимост, малък коефициент на термично разширение и отлична износоустойчивост той е идеален материал за създаване на абразиви, устойчиви на високи температури, като например абразиви за ленти, шкурка, шлифовъчни дискове и инструменти за маслени камъни, както и за металорежещи машини от монокристален силиций/поликристален силиций.

Металът е много твърд и крехък, но има висока термична и механична стабилност. Съставът на метала, състоящ се от силициеви атоми, заобиколени от въглеродни и кислородни атоми, го прави устойчив на топлина и механични натоварвания, както и на впечатляваща температура на топене.

Чистият силициев карбид е безцветен; промишлените сортове могат да имат цвят от кафяв до черен поради включвания на желязо, алуминий, азот или свободен въглерод. Съществуват методи за дотиране, които създават различни полупроводници: например n-тип силициев карбид може да бъде дотиран с азот или фосфор, докато p-тип версиите могат да бъдат дотирани с алуминий, бор или галиеви допанти.

Непробиваема броня

Силициевият карбид е един от най-твърдите материали на Земята. Това го прави идеален за бронежилетки, носени от полицаи и военни, а термичните му свойства го правят устойчив на топлина.

Добре известно е, че керамичните материали като този са здрави. Освен това керамиката е отличен проводник на топлина и електричество, което я прави идеална за електронни приложения като силовите транзистори. Друго предимство е устойчивостта на корозия.

Чистият силициев карбид притежава многослойна структура и съществува в различни политипове или разновидности, всяка от които се отличава с последователност на подреждане, която придава на всеки тип уникална физическа характеристика - например някои форми съдържат ковалентни връзки между четири въглеродни атома, ковалентно свързани с един силициев атом, образувайки сложна мрежова структура.

Мойсанитът се произвежда синтетично и се среща рядко в природата, въпреки че малки количества могат да съществуват под формата на бижута от мойсанит. Мойсанитът играе съществена роля в електрическите превозни средства, тъй като способността му да издържа на високи температури позволява превозните средства да станат по-енергийно ефективни, като същевременно се намаляват активните системи за охлаждане, които увеличават теглото, разходите и сложността.

Полупроводник

Керамиката от силициев карбид е универсална неоксидна керамика, използвана в приложения, изискващи механична и термична якост, като например износоустойчиви части; огнеупорни материали за устойчивост на топлина; огнеупорни материали за контрол на термичното разширение; и полупроводникови електронни устройства, работещи при високи температури или напрежения. Твърдостта на силициевия карбид го прави подходящ за тези употреби, докато неговата топлопроводимост го прави ефективен топлоустойчив материал. Широкото му разнообразие от приложения се простира отвъд механичните приложения; някои примери са: абразиви; части, устойчиви на износване; огнеупорни материали за устойчивост на топлина; и съответно полупроводникови електронни устройства, работещи при високи температури или напрежения.

Кристалният силициев карбид се образува в плътно подредена структура, съставена от ковалентно свързани атоми, които образуват два първични координационни тетраедъра, съставени от четири силициеви и четири въглеродни атома, което му придава невероятна твърдост и здравина. За съжаление той е неразтворим във вода или алкохол, но е устойчив на повечето органични и неорганични киселини/соли (с изключение на флуороводородната киселина и киселинните флуориди).

Полупроводниците от силициев карбид се отличават с широка лентова междина, която позволява създаването на много по-малки и по-ефективни устройства от еквивалентните силициеви (Si), което открива възможност за използването им за силова електроника в електрическите превозни средства, както и за подпомагане на процесите на цифровизация в промишлените процеси.