Definition von Siliziumkarbid

Siliciumcarbid (SiC) ist eine unlösliche kristalline Verbindung, die aus Silicium und Kohlenstoff besteht. SiC kommt auch in der Natur in Form des sehr seltenen Minerals Moissanit vor und wird gemeinhin unter dem Handelsnamen "Karborund" geführt.

PEEK wird in elektronischen Geräten verwendet, die bei hohen Temperaturen und Spannungen arbeiten, z. B. in Netzteilen. Außerdem ist es ein wichtiges Material für Elektrofahrzeuge. Es verspricht eine größere Reichweite und eine bessere Energieeffizienz durch eine längere Lebensdauer der Batterie und einen höheren Wirkungsgrad.

Es ist ein natürliches abrasives Material

Siliciumcarbid, allgemeiner als SiC bezeichnet, ist ein extrem abrasives Material, das häufig in Meteoriten und dem seltenen Mineral Moissanit vorkommt. SiC besteht vollständig aus Silizium und Kohlenstoff und kann mit Stickstoff oder Phosphor für die Verwendung als n-Typ-Halbleiter oder mit Aluminium, Bor oder Gallium für p-Typ-Halbleiteranwendungen dotiert werden. Industrielles Schleifpapier enthält oft SiC als einen seiner Bestandteile, und seine messerscharfen Körner können mühelos Metall, Glas, Marmor, Kork, Stein und mitteldichte Faserplatten abschleifen - perfekt für den Einsatz als Schleifmittel!

Aluminium ist ein idealer Werkstoff für Hochleistungsanwendungen, die starke chemische Eigenschaften, Wärmeleitfähigkeit, einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und Verschleißfestigkeit erfordern. Dieses vielseitige Metall kann aufgrund seiner Härte in Anwendungen wie Schleifmitteln, verschleißfesten Teilen und feuerfesten Materialien, in der Elektronik aufgrund seiner Stabilität und Zuverlässigkeit sowie in metallurgischen Anwendungen aufgrund seiner Hitzebeständigkeit eingesetzt werden.

Die einzigartigen mechanischen und chemischen Eigenschaften von Siliciumcarbid machen es zu einem ausgezeichneten Werkstoff für technische Hochleistungsanwendungen wie Pumpenlager, Ventile, Sandstrahleinspritzdüsen und Extrusionsdüsen. Die lange Korrosionsbeständigkeit und der hohe Schmelzpunkt machen es zu einem ausgezeichneten Werkstoff für den Einsatz in extremen technischen Situationen. Schwere Böden können im Vergleich zu leichten Böden eine geringere Reibung auf ihrer Oberfläche erzeugen, während Siliziumkarbidstaub beim Menschen eine nicht-progressive Lungenfibrose verursachen kann.

Es ist ein keramisches Material

Siliciumcarbid, besser bekannt als Karborund, ist eine außerordentlich harte kristalline Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff, die seit ihrer Einführung im späten 19. Jahrhundert als Schleifmittel verwendet wird. Seitdem wird es vor allem in Schleifscheiben und Schneidwerkzeugen verwendet. Seine vielseitige Verwendung reicht von feuerfesten Auskleidungen von Industrieöfen und verschleißfesten Teilen in Pumpen und Raketentriebwerken bis hin zu Keramik und Halbleitern; aufgrund seiner Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie seiner hohen Temperaturfestigkeit bei minimaler Wärmeausdehnung ist es eines der am häufigsten verwendeten keramischen Materialien überhaupt.

Siliziumkarbid ist eine nichtoxidische Keramik mit einer dreimal größeren Bandlücke als herkömmliche Silizium-Halbleiter, was bedeutet, dass es höheren Spannungen standhalten kann. Außerdem entstehen beim Sintern sehr kleine Partikel, die elektronische Schaltkreise weniger beschädigen können. Durch Zugabe von Dotierstoffen wie Bor und Aluminium wird Siliciumcarbid zu einem p-Typ-Halbleiter, durch Dotierung mit Phosphor und Stickstoff wird es zu einem n-Typ-Halbleiter.

Das Sintern von Siliziumkarbid ist ein einfaches Verfahren, bei dem dichte Produkte mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften entstehen. Seine Härte ist für viele abrasive Bearbeitungsverfahren wie Schleifen, Wasserstrahlschneiden und Sandstrahlen von entscheidender Bedeutung. Moderne Steinmetze schätzen auch die Langlebigkeit und hohe Dimensionsstabilität von Siliziumkarbid; es kann sogar zur Herstellung von Hochleistungsbremsscheiben für Sportwagen oder andere Hochleistungsfahrzeuge verwendet werden.

Es ist ein Material für die Leistungselektronik

Siliciumcarbid (SiC) ist ein keramisches Nichtoxidmaterial, das aufgrund seiner Härte für Schleifmittel und verschleißfeste Teile, aufgrund seiner Hitzebeständigkeit und Wärmeausdehnung für die Metallurgie und feuerfeste Materialien sowie aufgrund seiner spannungsbeständigen Eigenschaften für Anwendungen in der Leistungselektronik verwendet wird; dotiert mit Stickstoff oder Phosphor zur Bildung von n-Typ-Halbleitern oder mit Beryllium-, Bor- und Aluminiumdotierungen zur Bildung von p-Typ-Halbleitern; seine dicht gepackte Kristallstruktur bildet Polytypen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen sowie elektrischen Eigenschaften; es ist zwar wasserunlöslich, löst sich aber in alkalischen oder eisenhaltigen Medien.

SiC unterscheidet sich von Silizium durch eine viel breitere Bandlücke, die es ihm ermöglicht, Halbleitung zu zeigen. Als solches ist es ein ideales Material für Hochspannungsanwendungen, da es Spannungen standhält, die zehnmal höher sind als die, die Silizium verträgt.

Siliziumkarbid verfügt über eine überragende Wärmeleitfähigkeit, die es ihm ermöglicht, Temperaturen von bis zu 1.400 Grad Celsius standzuhalten - das ist deutlich mehr als die 175 Grad Celsius, die Standard-Silizium verträgt. Daher verringert Siliziumkarbid den Bedarf an aktiven Kühlsystemen in leistungselektronischen Geräten wie Gleichspannungswandlern und Onboard-Ladegeräten.

Siliciumcarbid kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, darunter reaktionsgebundene und CVD-Verfahren. Bei den reaktionsgebundenen Verfahren wird pulverförmiges SiC mit Kohlenstoffpulver und Weichmacher gemischt und in die gewünschte Form gebracht, bevor der in der Mischung enthaltene Weichmacher abgebrannt wird. Beim CVD-Verfahren wird reiner, mit Koks vermischter Quarzsand in einem gemauerten elektrischen Widerstandsofen erhitzt, wobei Strom durch den Leiter geleitet wird; anschließend wird er zu feinem Pulver für die Verwendung als Schleifmittel gemahlen.

Es ist ein Material für die Autoindustrie

Siliziumkarbid (SiC) ist eine der härtesten bekannten Substanzen. Es wird in erster Linie als Automobilwerkstoff in Hochleistungsbremsscheiben für Sportwagen und Supersportwagen verwendet; aber auch Halbleiter und Leistungselektronikkomponenten nutzen dieses Material aufgrund seiner hervorragenden physikalischen und elektrischen Eigenschaften, die es für Hochspannungsanwendungen geeignet machen.

Keramische Werkstoffe mit wünschenswerten nichtoxidischen keramischen Eigenschaften eignen sich hervorragend für viele industrielle Anwendungen, von Sensoren und Halbleiterbauelementen bis hin zu tragbaren Technologien und medizinischen Implantaten. Mit verschiedenen Mengen an Aluminium, Bor oder Kohlenstoff dotierte Keramik kann spezifische Leistungsmerkmale für verschiedene industrielle Anwendungen erzielen und zu Niederspannungsgeräten für Hochspannungsanwendungen verarbeitet werden.

Die atomare Struktur von SiC macht es zu einem ausgezeichneten Leiter, was es ideal für den Einsatz als Transistoren in Elektrofahrzeugen (EVs) macht. Diese Chips reduzieren die während des Betriebs entstehende Wärme und sorgen so für eine höhere Effizienz und eine längere Lebensdauer der Batterie. Außerdem können sie höheren Betriebstemperaturen standhalten, wodurch aktive Kühlsysteme, die das Design eines Elektrofahrzeugs schwerer und komplexer machen, überflüssig werden.

Die Herstellung von Siliciumcarbid hat sich im Laufe der Zeit verändert, aber das grundlegende Verfahren ähnelt immer noch dem von Edward Acheson im Jahr 1891 eingeführten Verfahren. Ein Gemisch aus reinem Quarzsand und Kokskohle wird in einem Elektroofen erhitzt, bis es durch eine elektrische Zündkerze aus einem Kohlenstoffleiter entzündet wird, wodurch hellgrüne Kristalle mit beträchtlicher Härte entstehen.