Siliciumcarbid - Spejlmateriale til astronomiske teleskoper

Siliciumcarbid (også kaldet carborundum) er en uorganisk kemisk forbindelse bestående af silicium- og kulstofatomer, der findes naturligt som moissanit i naturen og er blevet masseproduceret siden 1893 til brug som slibemiddel.

SiC findes i mere end 70 krystallinske former, opdelt i to polymorfer: alfa-siliciumcarbid (a-SiC) og beta-siliciumcarbid (b-SiC). Inden for eksperimentelle fejl smelter begge former samtidig ved tryk på op til 10 GPa.

Den har en negativ hældning

Siliciumcarbid er et ekstremt hårdt og tæt materiale med mange anvendelsesmuligheder. Det findes i produkter som sandpapir, slibeskiver, skæreværktøjer, bilkomponenter og ildfaste materialer til biler; derudover bruges det som ildfast materiale i ovne og ildfaste foringer samt som spejlmateriale i astronomiske teleskoper på grund af dets hårdhed og lave varmeudvidelseshastighed.

Edward Goodrich Acheson masseproducerede for første gang siliciumcarbid i 1891, da han opvarmede en blanding af ler og pulveriseret koks (kulstof) i en elektrisk ovn og producerede blåsort materiale kendt som "carborundum".

Undersøgelser af siliciumcarbidsmeltning ved tryk fra 5-8 GPa har afsløret, at det smelter kongruent ved alle undersøgte tryk, hvor smeltekurven har en negativ hældning på -44 + 4 K/GPa, hvilket giver bevis for, at tæthedsfunktionalteorien forudsagde nøjagtigt.

Den har en positiv hældning

Siliciumcarbid (SiC) er et ikke-oxidkeramisk materiale med enestående egenskaber, der gør det nyttigt i mange højtemperaturanvendelser. SiC er både hårdt og ekstremt stærkt med polykrystallinske kropsstyrker på op til 27 GPa; desuden har det fremragende krybbestandighedsegenskaber sammen med lave varmeudvidelseshastigheder.

Ceramiumdioxid (CeO2)-keramik er uopløselig i vand, men opløselig i smeltede alkali- og jernopløsninger, hvilket gør den til den hårdeste af alle avancerede strukturelle keramikker med modstandsdygtighed over for slid, korrosion, slag og termisk udvidelse ved høje tryk; hvilket gør den perfekt til brug i højtemperaturapplikationer som f.eks. komponenter til atomreaktorer.

Siliciumcarbid, mere almindeligt kaldet a-SiC, findes ofte i bremser og koblinger til elbiler samt i skudsikre veste, og det bruges også som substrat til heterogene katalysatorer. Produktion af industrielle mængder af dette materiale involverer stadig brug af elektriske ovne med rent silikasand reduceret med fintmalet koks i en elektrisk ovn; en produktion af siliciumcarbid i industriel skala er stadig et populært valg til højspændingsapplikationer i effektelektronik.

Den har en negativ temperaturkoefficient

Siliciumcarbid, også kendt som siliciumdioxid, er en hård kemisk forbindelse bestående af silicium og kulstof, der forekommer naturligt som mineralet moissanit, men er blevet masseproduceret siden 1893 som pulver og krystal til brug som slibemiddel og skudsikkert vestkeramisk plademateriale. Store, enkelte krystalkorn kan sammenføjes gennem sintring for at producere ekstremt hårdfør strukturel keramik; desuden bruges det ofte til at fremstille syntetiske moissanit-ædelsten, kendt som syntetiske moissanit-ædelsten. Siliciumcarbid fungerer også som en halvleder; doping med nitrogen eller fosfor kan gøre det til et n-type materiale; på samme måde kan beryllium, bor eller aluminium ændre det til et p-type materiale, afhængigt af hvad dets egenskaber vil doping vil doping vil ændre det til et n-type halvledermateriale.

Siliciumcarbid har et stort båndgab og en høj gennembrudsstyrke i det elektriske felt, hvilket gør det velegnet til elektronisk udstyr, der arbejder ved ekstremt høje temperaturer eller spændinger. Desuden betyder dets modstandsdygtighed over for termisk chok, at det er meget udbredt. Siliciumcarbid findes som forskellige enhedsceller (kubisk, rhomboedrisk eller hexagonal). Hvis det fortættes ved hjælp af ler, kan det hæmme halsvæksten og samtidig forhindre dannelsen af SiO2, som ellers ville nedsætte elasticitetsmodulet. Forskellige studier har undersøgt dets smelteadfærd under højt tryk ved hjælp af ab initio molekylærdynamiksimuleringer baseret på tæthedsfunktionsteorisimuleringer.

Den har en positiv trykkoefficient

Siliciumcarbid er et ekstremt hårdt og stift keramisk materiale, der er kendetegnet ved sin evne til at klare høje temperaturer, lave varmeudvidelseskoefficient og modstandsdygtighed over for kemiske reaktioner. Det findes i forskellige størrelser og former, herunder granulatform til indkøb samt skiver, der kan laves til spejle til store teleskoper. Produktionsmetoderne for siliciumcarbid spænder fra direkte kulstofsyntese til kemisk dampaflejring.

Undersøgelser af trykafhængigheden af Debye-temperaturer i ZB og RS SiC fra 3100+40 K til 5-8 GPa ved hjælp af quenching-eksperimenter og in situ-målinger er blevet foretaget på tværs af temperaturer fra 3100+40 K til 5-8 GPa ved hjælp af quenching-eksperimenter og in situ-målinger. Resultaterne viser, at begge Lamekonstanter (l, m) ved omgivelsestryk er positive med en stigende afvigelse af m, hvilket tyder på øget styrke af ikke-centrale mange kropskræfter, der involverer ladningsoverførselsinteraktioner ved højere tryk, hvilket resulterer i mekanisk afstivning i SiC's kompressibilitet.