Definice karbidu křemíku

Karbid křemíku je pokročilý materiál vyvinutý pro použití v prostředí s vysokými teplotami. Mohl by snížit závislost na aktivních chladicích systémech, které zvyšují hmotnost a náklady elektromobilů (EV).

Karbid křemíku se vyznačuje vynikající odolností proti napětí, která je desetkrát vyšší než u běžného křemíku, a v tomto ohledu dokonce předčí i nitrid galia.

Jedná se o krystalický materiál

Karbid křemíku (SiC) je průmyslový materiál s širokým spektrem využití. Díky svým vynikajícím tribologickým vlastnostem se běžně používá v tryskacích tryskách, těsněních, mechanických ložiscích a mechanických těsnicích systémech. SiC se využívá také v žáruvzdorných materiálech a keramice, kde zvyšuje jejich tvrdost.

Voda, alkohol i kyselé roztoky jej zcela rozpouštějí; vůči většině organických rozpouštědel je rovněž odolný. Díky svým polovodičovým vlastnostem vykazuje zajímavé elektrické vlastnosti – odpor se může v závislosti na složení lišit až o sedm řádů!

Edward Acheson poprvé vyrobil syntetický SiC v roce 1891, zatímco Henri Moissan poprvé identifikoval jeho přírodní formu v roce 1905 při zkoumání meteoritu Canyon Diablo v Arizoně. Dnes je veškerý SiC určený k prodeji syntetický, s výjimkou šperků s moissanitem, který se může vyskytovat v přírodě.

Jedná se o neoxidovou keramiku

Karbid křemíku, neboli SiC, je výjimečná keramika, která se vyznačuje řadou výhodných fyzikálních vlastností. Mezi ně patří vysoká pevnost, nízká tepelná roztažnost a odolnost vůči korozi a chemickým reakcím – vlastnosti, díky nimž je vhodný pro použití jako brusivo a žáruvzdorný materiál, a také vynikající elektrická vodivost.

Díky kryogenní tvrdosti 9 na Mohsově stupnici je žáruvzdorný porcelán vynikajícím materiálem pro brusné kotouče a další brusné výrobky a nachází také uplatnění v žáruvzdorných aplikacích, jako jsou trysky hořáků a plamenové trubice.

Kryogenní grafit se vyskytuje v několika variantách, známých jako polytypy, a vyznačuje se primárním tetraedrickým koordinačním uspořádáním, v němž jsou čtyři atomy uhlíku a čtyři atomy křemíku spojeny vazbami mezi přímo navzájem propojenými tetraedrickými jednotkami. Tyto jednotky se pak mohou navzájem propojovat nebo skládat do vrstev, čímž vznikají různé struktury.

Jedná se o žáruvzdorný materiál

Karbid křemíku je odolný, avšak křehký materiál, který snáší vysoké teploty a vyznačuje se širokou energetickou mezerou, což jej předurčuje pro použití ve vysokonapěťových aplikacích.

V průmyslovém měřítku se křemičitý prášek vyrábí a používá v keramice, žáruvzdorných materiálech a polovodičové elektronice. Ačkoli se přirozeně vyskytuje v minerálních útvarech moissanitu, dnes se většina vyrábí synteticky.

Žáruvzdorné materiály z karbidu křemíku vázaného jílem vykazují vynikající odolnost proti korozi, díky čemuž jsou vhodné jako pecní cihly pro tavení neželezných kovů. Kromě toho se skvěle hodí jako materiály pro nepřímé vyhřívání při vysokých teplotách, například jako vyzdívkové cihly pro elektrolýzní vany na hliník, jako vyzdívky zásobníků v rektifikačních pecích při tavení mědi nebo jako obloukové desky v pecích na zinkový prášek.

Jedná se o materiál odolný proti opotřebení

Karbid křemíku je mimořádně tvrdý neoxidový keramický materiál, který se díky své pevnosti běžně používá v brusivech, žáruvzdorných materiálech, součástech odolných proti opotřebení a součástech s vysokou odolností proti opotřebení. Karbid křemíku navíc slouží jako základní materiál v elektronických systémech, které pracují při zvýšených teplotách nebo napětích.

Moissanit, který se v přírodě vyskytuje jen zřídka a vyrábí se výhradně uměle syntetickými metodami, byl poprvé objeven v roce 1893 v arizonském Diablo Canyon, kde jej později pojmenoval Edward Acheson podle svého patentu z roku 1891 na výrobu malých černých krystalů SiC umělými prostředky.

Keramický materiál této třídy nabízí vynikající vlastnosti. Má širší rozsah provozních teplot než křemíkové polovodiče a zvládá vyšší napětí, aniž by došlo k jeho přehřátí nebo poškození.

Jedná se o materiál odolný vůči vysokým teplotám

Karbid křemíku je univerzální žáruvzdorná keramika, která nachází uplatnění v celé řadě oblastí. Jako jeden z nejtvrdších materiálů na Mohsově stupnici tvrdosti zaujímá karbid křemíku 9. místo. Navíc se vyznačuje vynikající odolností proti oděru i korozi a také proti tepelným šokům, přičemž odolává vysokým teplotám a napětím, aniž by došlo k jeho poškození či selhání.

Stejně jako u většiny krystalických struktur se i jeho krystalová struktura vyskytuje v různých formách – neboli polytypech –, z nichž každá má vlastní sekvenci vrstvení. Primární koordinační tetraedry se skládají ze čtyř atomů uhlíku a čtyř atomů křemíku, které jsou ve svých vrcholech spojeny do polárních struktur.

Díky svým výjimečným tribologickým vlastnostem je plast vynikajícím materiálem pro výrobu čerpadel, mechanických ucpávek a ložisek, zařízení pro chemický průmysl a také jako brusivo.

Jedná se o materiál určený pro vysoké napětí

Karbid křemíku patří k nejvšestrannějším materiálům na světě. Hraje zásadní roli ve vysoce výkonných elektromobilech (EV) a systémech řízení baterií, kde díky své odolnosti vůči vysokému napětí umožňuje obejít se bez aktivních chladicích systémů, které zvyšují náklady, hmotnost a složitost elektromobilů.

Karborund, tvrdý keramický a polovodičový materiál, běžně známý jako karborund, se přirozeně vyskytuje v minerálech moissanitu a lze jej také vyrábět synteticky. Na rozdíl od tradičních polovodičů, jako je křemík, má karborund širokou energetickou mezeru, což umožňuje efektivnější přenos elektřiny než kdykoli předtím. Kromě toho lze jeho vodivost upravovat přidáváním nečistot do jeho krystalové struktury.

Jedná se o vysoce účinný materiál

Karbid křemíku (SiC) je energeticky účinný materiál pro přeměnu elektrické energie na střídavý proud, díky čemuž je vhodný pro přeměnu elektrické energie z rozvodné sítě. Doping SiC dusíkem nebo fosforem vede ke vzniku polovodiče typu n, zatímco doping hliníkem, borem nebo galiem vede ke vzniku polovodiče typu p.

Hliník se vyznačuje vynikající tepelnou vodivostí, pevností při vysokých teplotách, nízkou tepelnou roztažností a odolností vůči chemickým reakcím – díky těmto vlastnostem je ideálním žáruvzdorným materiálem. Navíc je díky svému tvrdému a odolnému povrchu vhodný pro řadu průmyslových aplikací a představuje vynikající volbu mezi žáruvzdornými materiály.

Přírodní SiC se vyskytuje jako vzácný minerál moissanit; synteticky se vyrábí ve formě drobných zrn spojených do keramických nebo žáruvzdorných materiálů pro keramické účely, případně se v malém množství vyskytuje v uhlíkatých chondritových meteoritech a kimberlitech.