K čemu se používá karbid křemíku?

Karbid křemíku má mnohostranné využití a vyrábí se ve formě brusiva, keramického prášku a neprůstřelného pancíře.

Karborund (SiC), krystalická sloučenina křemíku a uhlíku, je jednou z nejtvrdších známých látek s jedinečnými vlastnostmi, díky nimž je výhodný v různých průmyslových odvětvích.

Abrazivní

Karbid křemíku je tvrdý a křehký, takže je účinným brusným materiálem. Výrobci jej používají při výrobě produktů, jako je brusný papír; tento materiál se dodává v různých zrnitostech od hrubých až po velmi jemné zrnitosti pro broušení, přičemž hrubší zrnitosti se používají k odstraňování velkého množství materiálu při počátečním broušení, zatímco jemnější zrnitosti leští povrch obrobku a vytvářejí hladké povrchy.

Abrazivní karbid křemíku se používá ve výrobcích vyžadujících vysokou odolnost, jako jsou automobilové brzdy a keramické destičky používané v neprůstřelných vestách. Kromě toho se tento materiál vyskytuje také v kompozitních materiálech, jako je karbid křemíku vyztužený uhlíkovými vlákny (CFRC).

Žáruvzdorné

Karbid křemíku je nepostradatelnou surovinou při výrobě žáruvzdorných materiálů. Díky stabilním chemickým vlastnostem, vysoké tepelné vodivosti, malému koeficientu tepelné roztažnosti a vynikající odolnosti proti opotřebení je ideálním materiálem pro výrobu brusných materiálů odolných vůči vysokým teplotám, jako jsou brusné pásy, brusné papíry, brusné kotouče a nástroje na olejové kameny, jakož i obráběcí stroje z monokrystalického křemíku/polykrystalického křemíku.

Kov je velmi tvrdý a křehký, ale má vysokou tepelnou a mechanickou stabilitu. Skládá se z atomů křemíku obklopených atomy uhlíku a kyslíku a díky svému složení je odolný vůči teplu a mechanickému namáhání a má také působivý bod tání.

Čistý karbid křemíku je bezbarvý; průmyslové druhy mohou mít barvu od hnědé až po černou kvůli příměsím železa, hliníku, dusíku nebo volného uhlíku. Existují metody dopování, které vytvářejí různé polovodiče: například karbid křemíku typu n může být dopován dusíkem nebo fosforem, zatímco verze typu p mohou být dopovány hliníkem, borem nebo galiem.

Neprůstřelné brnění

Karbid křemíku je jedním z nejtvrdších materiálů na Zemi. Proto je ideální pro neprůstřelné vesty, které nosí policisté a vojáci, a díky svým tepelným vlastnostem je odolný vůči teplu.

Keramické materiály, jako je tento, jsou dobře známé svou pevností. Kromě toho je keramika vynikajícím vodičem tepla a elektřiny, což ji předurčuje pro elektronické aplikace, jako jsou výkonové tranzistory. Další výhodou je odolnost proti korozi.

Čistý karbid křemíku má vícevrstvou strukturu a existuje v různých polytypech nebo odrůdách, z nichž každá se vyznačuje pořadím skládání, které dává každému typu jedinečnou fyzikální charakteristiku - například některé formy obsahují kovalentní vazby mezi čtyřmi atomy uhlíku kovalentně vázanými na jeden atom křemíku, které vytvářejí složitou síťovou strukturu.

Moissanit se vyrábí synteticky a v přírodě se vyskytuje jen zřídka, i když v malém množství může existovat jako moissanitové šperky. Moissanit hraje zásadní roli v elektromobilech, protože jeho schopnost odolávat vysokým teplotám umožňuje zvýšit energetickou účinnost vozidel a zároveň snížit počet aktivních chladicích systémů, které zvyšují hmotnost, náklady a složitost.

Polovodiče

Karbid křemíku je univerzální neoxidová keramika, která se používá v aplikacích vyžadujících mechanickou i tepelnou pevnost, jako jsou součásti odolné proti opotřebení, žáruvzdorné materiály pro tepelnou odolnost, žáruvzdorné materiály pro regulaci tepelné roztažnosti a polovodičové elektronické součástky pracující při vysokých teplotách nebo napětích. Tvrdost karbidu křemíku jej činí vhodným pro tato použití, zatímco jeho tepelná vodivost z něj činí účinný tepelně odolný materiál. Široká škála jeho použití přesahuje pouze mechanické aplikace; některé příklady jsou: brusiva; součásti odolné proti opotřebení; žáruvzdorné materiály pro tepelnou odolnost; a polovodičové elektronické přístroje pracující při vysokých teplotách, resp. napětí.

Krystalický karbid křemíku tvoří těsně uspořádanou strukturu složenou z kovalentně vázaných atomů, které tvoří dva primární koordinační tetraedry složené ze čtyř atomů křemíku a čtyř atomů uhlíku, což mu dodává neuvěřitelnou tvrdost a pevnost. Bohužel je nerozpustný ve vodě nebo alkoholu, ale odolný vůči většině organických a anorganických kyselin/solí (výjimku tvoří kyselina fluorovodíková a fluoridy kyseliny).

Karbid křemíku se vyznačuje širokou pásmovou mezerou, která umožňuje vyrábět mnohem menší a účinnější zařízení než ekvivalentní křemíková (Si), což otevírá možnost jejich využití pro výkonovou elektroniku v elektrických vozidlech i pro podporu digitalizace v průmyslových procesech.