Egenskaber for siliciumcarbid

Siliciumcarbid (SiC) er et ekstremt holdbart materiale med en hårdhedsgrad på 9 på Mohs' skala og et æstetisk udtryk, der kan måle sig med diamant.

EAG Laboratories har stor erfaring med at analysere SiC for disse egenskaber ved hjælp af bulk- og rumopløste analyseteknikker. Det kan fungere både som elektrisk isolator og halvleder.

Hårdhed

Siliciumcarbid er et af verdens hårdeste stoffer, der ligger på niendepladsen på Mohs skala og kun overgås af diamant, når det gælder hårdhed. Borcarbid og diamant er endnu hårdere end siliciumcarbid - andre anvendelser omfatter skæreværktøjer, skudsikre veste, bildele og spejle til astronomiske teleskoper. Siliciumcarbids hårde og stærke overflade er fantastisk til brug som skærende slibemidler og skæreværktøjer, strukturelle materialer (skudsikre veste), bildele og spejle, der bruges af teleskoper!

Termisk chokresistent keramik er en ekstremt hård, ikke-oxidisk keramik. På grund af sin styrke, høje varmeledningsevne, lave varmeudvidelse og fremragende modstandsdygtighed over for oxidation er det et uundværligt ildfast materiale.

Siliciumcarbid (atomnummer 14) og kulstof (atomnummer 6) danner en uorganisk forbindelse kendt som siliciumcarbid, med to primære koordinationstetraedre dannet af kovalent bundne fire kulstof- og fire siliciumatomer, der er kovalent bundet sammen, hvilket skaber en usædvanlig stærk og stiv tætpakket struktur med overlegen styrke og stivhed; dets polytyper kan endda stables for at danne polytyper. Siliciumcarbid giver halvlederegenskaber med bredt båndgab og kræver tre gange mindre energi for at frigøre elektroner fra orbitale tilstande sammenlignet med silicium.

Korrosionsbestandighed

Siliciumcarbids vigtigste egenskab er dets modstandsdygtighed over for korrosion. Det er ikke kun modstandsdygtigt over for de mest aggressive syrer (saltsyre, svovlsyre og flussyre), baser og opløsningsmidler, man kan forestille sig - samt oxiderende medier som salpetersyre eller damp - det har endda fremragende isoleringsegenskaber mod skader fra ekstreme temperaturer eller elektriske felter.

Sintret siliciumcarbid giver fremragende termisk modstand på grund af dets tætte natur, hårdhed, halvlederegenskaber med bredt båndgab, der giver lavere elektronenergiforbrug til ledningsbåndsskift, og dets lave termiske udvidelseskoefficient.

Korrosionsbestandigheden kan også forbedres gennem tilstedeværelsen af sintringsadditiver, korngrænsefaser og porøsitet; deres type og mængde afhænger af, hvor hurtigt korrosionen reagerer med andre miljøer.

Siliciumkarbidens oxidationstilstand kan kontrolleres gennem kulstoffets funktion som passiveringsmiddel, hvilket hjælper med at reducere korrosionshastigheden og forlænge produktets levetid, når det udsættes for oxiderende miljøer under brug.

Termisk ledningsevne

Siliciumcarbid er et ekstremt hårdt materiale, der ligger et sted mellem aluminiumoxid (9 på Mohs-skalaen) og diamant (10). På grund af sin kombination af hårdhed og termisk stabilitet er siliciumcarbid et fremragende materialevalg til krævende mekaniske anvendelser i dele, der er designet til at modstå slidstærke materialer samt ildfaste materialer.

På grund af sin fremragende modstandsdygtighed over for termisk chok og sin lave varmeudvidelse er silikonegummi også velegnet til brug i højtemperaturmiljøer og komponenter, der bruges i rørsystemer.

Siliciumcarbid kan dopes med forskellige grundstoffer for at ændre dets elektroniske egenskaber. Doping med nitrogen eller fosfor omdanner det til en n-type halvleder, mens doping med beryllium, bor eller aluminium omdanner det til en p-type halvleder.

Siliciumcarbids båndgab mellem valens- og ledningsbåndet gør det sværere for elektroner at skifte mellem de to bånd, hvilket gør det i stand til at modstå op til 10 gange flere elektriske felter, før det bliver skrøbeligt og nedbrydes, end silikone kan.

Elektrisk ledningsevne

Siliciumcarbid har en række elektriske egenskaber, som kan skræddersys ved hjælp af doping. Doping indebærer, at der tilføjes urenheder til krystalstrukturen for at danne frie elektroner og huller, som leder elektricitet, hvilket giver SiC en ledningsevne, der er ti gange større end siliciums.

Siliciumcarbids elektriske egenskaber bestemmes i høj grad af dets båndgab. Denne forskel mellem energiniveauerne i et atoms valensbånd og ledningsbånd bestemmer, hvor stort et elektrisk felt det kan modstå; siliciumcarbid har et bredere båndgab end sit modstykke i silicium, hvilket gør det muligt at tolerere næsten dobbelt så meget spænding.

Den høje spændingsmodstand gør neodym ideelt til brug i elbiler, hvilket giver længere køreafstande og øget effektivitet i batteristyringen. Desuden gør den lavere vægt sammenlignet med alternativer som galliumnitrid det muligt for producenter af effektelektronik at reducere størrelse og vægt betydeligt og samtidig modstå høje temperaturer med minimal termisk udvidelseskoefficient.