Плътност на силициев карбид

Силициевият карбид, по-често наричан карборунд или SiC, е твърд керамичен материал с многобройни приложения. Това универсално вещество служи за абразиви, има свойства на полупроводник с широка лента на пропускане и дори може да се произвежда в структурни керамични компоненти.

Производството включва реактиране и пиролизиране на полисилоксани под налягане, смилане във вид на прах, агломериране за образуване на твърди форми, след което смилане за окончателно микроструктурно оформяне. Всеки етап играе неразделна роля в производството на този краен материал с различни резултати в зависимост от използваните методи на формоване, които имат значително влияние върху микроструктурата.

Теоретична плътност

Плътният състав на силициевия карбид играе ключова роля за способността му да устоява на химически, термични и механични натоварвания. С превъзходните си свойства на твърдост и топлопроводимост силициевият карбид е отличен избор на материал за приложения с висока производителност и високи натоварвания.

По-плътните материали обикновено са по-устойчиви на корозия и износване. Освен това ниските им стойности на разширяване/съкращаване им позволяват да издържат по-добре на екстремни температури - което ги прави идеални за електрически и газови системи.

SiC също така е изключително устойчив на радиация и има необичайно голяма разделителна ивица в сравнение с други полупроводници, което му позволява да работи при много по-високи температури, напрежения и честоти в сравнение с други подобни. Поради това SiC може да се използва в различни електронни и промишлени приложения, включително в производството на енергия, в космическата индустрия и автомобилостроенето.

Постигането на висока плътност на SiC може да бъде предизвикателство за големи компоненти. Но с технологията за компресиране на рампа постигането на равномерна плътност до 98% от теоретичната плътност вече е възможно. Процесът включва създаване на хомогенна дисперсия на прахообразна смес със субмикронни размери, състояща се предимно от силициев карбид с добавка, съдържаща бор; след това тази прахообразна смес се оформя в зелени тела, преди да се изпече при 1900-2100 градуса по Целзий в условия на контролирана атмосфера.

По време на смесването на праха трябва да се добавят добавки, съдържащи бор, в количество, равно на една тегловна част елементарен бор на 100 части силициев карбид, за безопасно уплътняване без сегрегация на границите на зърната.

Физическа плътност

Силициевият карбид (C-Si) е изкуствен материал, съставен от въглерод (C) и силиций (Si). Той е вторият по твърдост по Моос след боровия карбид (9) и предлага изключителна здравина, устойчивост на износване и корозия; всъщност той може да издържи дори на въздействието на флуороводородна и сярна киселина, без да се разяде - плюс вода, повечето химикали, включително основи, не могат да го разтворят! Универсалността на силициевия карбид като инженерен материал го прави популярен и сред учените.

Тъй като може да издържа на високоскоростни операции по рязане и шлифоване, както и да се използва за абразивно бластиране и механична обработка, шмиргелът се използва широко в съвременната лапидарна работа поради своята дълготрайност и рентабилност. Освен това той служи като важна суровина за производството на смеси за шлифоване и полиране.

Силициевият карбид се превърна в основен материал за космическите технологии поради изключителната си издръжливост и устойчивост на радиация. Поради това огледалата, изработени от силициев карбид, са избрани за няколко от най-големите телескопи, като например мисиите "Хершел" и "БепиКоломбо", и дори могат да бъдат изработени в твърди рамки, които да издържат на температурите, характерни за Венера, и на нива на радиация, които надхвърлят очакванията.

Последните експериментални данни показват, че a-SiC е стабилен в своята фаза B1 в широк диапазон от условия, които съответстват на очакваните условия в мантията на богати на въглерод екзопланети, за разлика от поведението му на Земята, където той бързо се разпада на силициев диоксид и кислород.

Химическа плътност

Силициевият карбид, по-често наричан SiC, е химично съединение, съставено от силиций (атомен номер 14) и въглерод (атомен номер 6). Той има преливащ зелен до синкавочерен външен вид с негорими характеристики; плътността му е 3,21 грама на кубичен cm3.

Силициевият карбид се среща в ограничени количества в природата в метеорити, корундови находища и кимберлитови находища; въпреки това по-голямата част от силициевия карбид, използван в електронните устройства, се произвежда синтетично. Едуард Ачесън за първи път синтезира силициев карбид през 1891 г., когато се опитва да създаде изкуствени диаманти чрез нагряване на глина и прахообразен кокс в електродъгова пещ; при това той забелязва яркозелени кристали, които приличат на диамант, прикрепени към въглеродни електроди, и нарича тези кристали "моисанит" по името на вида камък, на който приличат.

SiC е полупроводников материал с изключително широка лентова междина, което му позволява да работи при по-високи температури и напрежения от други полупроводникови материали. Благодарение на отличната му топлопроводимост разсейването на топлината става бързо, а плътната му кристална структура осигурява отлична устойчивост на износване - идеална за приложения като режещи инструменти.

Лабораториите на EAG имат богат опит в анализирането на SiC, използвайки както обемни, така и пространствено разрешени аналитични техники. SiC е изключително полезен материал за производство на полупроводници, тъй като може да се легира с различни елементи, за да се променят електротермичните му характеристики. Осигуряването на концентрацията и пространственото разпределение на допантите, като същевременно се елиминират нежеланите замърсители, е от първостепенно значение за създаването на висококачествени полупроводникови продукти.

Топлинна плътност

Силициевият карбид е изключително плътен материал и едно от най-твърдите налични вещества, което осигурява отлична устойчивост на корозия като керамичен материал, който може да намали активните охладителни системи в електрическите превозни средства.

Силициевият карбид (SiC) е ковалентно свързано светлосиво твърдо вещество с относителна твърдост на диамант по скалата на Моос. Огнеупорите, притежаващи тези свойства, са идеални за използване, тъй като SiC има висока температура на топене, топлопроводимост и ниски стойности на термично разширение.

Силициевият карбид може да бъде легиран с азот или фосфор, за да се получи полупроводник от n-тип; или легиран с берилий, бор, алуминий и галий, за да се получи полупроводник от p-тип. Благодарение на широката си лента на пропускане той може да работи с три пъти по-високо напрежение от стандартните силициеви полупроводници. Силициевият карбид се превърна в материал за производство на електронни устройства поради широкото му използване като материал за електронни компоненти.

Естествени залежи на SiC има в някои метеоритни проби, корундови залежи и кимберлит, но повечето промишлени SiC се произвеждат синтетично. Вариантите на SSiC и SiSiC са сред най-често използваните материали за взискателни условия като 3D принтиране, производство на балистични материали, химическо производство и приложения в областта на енергийните технологии, както и за компоненти на тръбни системи, благодарение на топлинните си свойства; по-високата им плътност в сравнение с чистия кварц прави тези съединения привлекателен метален заместител и те предлагат добра твърдост, твърдост и устойчивост на високи температури, които съперничат на топлинните свойства на чистия кварц в сравнение с чистия кварц и устойчивостта на високи температури, което прави тези съединения привлекателни алтернативи за метален заместител.