Wofür wird Siliziumkarbid verwendet?

Siliziumkarbid wird in Form von Schleifmitteln, Keramikpulver und kugelsicherer Panzerung verwendet.

Carborundum (SiC), eine kristalline Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, ist eine der härtesten bekannten Substanzen mit einzigartigen Eigenschaften, die es in verschiedenen Industriezweigen nützlich machen.

Abrasivmittel

Siliziumkarbid ist hart und spröde, was es zu einem wirksamen Schleifmittel macht. Die Hersteller verwenden es bei der Herstellung von Produkten wie Schleifpapier. Dieses Material ist in verschiedenen Körnungen erhältlich, von groben bis zu sehr feinen Körnungen für Schleifarbeiten, wobei die gröberen Körnungen zum Abtragen großer Mengen von Material bei ersten Schleifvorgängen verwendet werden, während die feineren Körnungen die Oberflächen von Werkstücken polieren, um glatte Oberflächen zu erzeugen.

Abrasives Siliciumcarbid wird in Produkten verwendet, die eine hohe Beständigkeit erfordern, z. B. in Autobremsen und Keramikplatten für kugelsichere Westen. Darüber hinaus ist dieses Material auch in Verbundwerkstoffen wie kohlenstofffaserverstärktem Siliciumcarbid (CFRC) zu finden.

Feuerfest

Siliciumcarbid ist ein unverzichtbarer Rohstoff für die Herstellung von feuerfesten Materialien. Mit stabilen chemischen Eigenschaften, hoher Wärmeleitfähigkeit, geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten und hervorragender Verschleißfestigkeit ist es ein ideales Material zur Herstellung hochtemperaturbeständiger Schleifmittel wie Bandschleifmittel, Schleifpapier, Schleifscheiben und Ölsteinwerkzeuge sowie Werkzeugmaschinen aus monokristallinem Silizium/polykristallinem Silizium.

Metall ist sehr hart und spröde, weist jedoch eine hohe thermische und mechanische Stabilität auf. Da es aus Siliziumatomen besteht, die von Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen umgeben sind, ist es hitzebeständig, widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen und hat einen beeindruckenden Schmelzpunkt.

Reines Siliciumcarbid ist farblos; industrielle Qualitäten können aufgrund von Einschlüssen von Eisen, Aluminium, Stickstoff oder freiem Kohlenstoff eine braune bis schwarze Farbe aufweisen. Es gibt Dotierungsverfahren, die unterschiedliche Halbleiter erzeugen: So kann Siliciumcarbid vom n-Typ mit Stickstoff oder Phosphor dotiert werden, während p-Typ-Versionen mit Aluminium, Bor oder Gallium dotiert werden können.

Kugelsichere Rüstung

Siliziumkarbid ist eines der härtesten Materialien der Erde. Daher ist es ideal für kugelsichere Westen, die von Polizei und Militär getragen werden, und seine thermischen Eigenschaften machen es hitzebeständig.

Keramische Materialien wie dieses sind bekanntlich sehr widerstandsfähig. Außerdem ist Keramik ein hervorragender Wärme- und Stromleiter, was es für elektronische Anwendungen wie Leistungstransistoren perfekt macht. Ein weiterer Vorteil ist die Korrosionsbeständigkeit.

Reines Siliciumcarbid besitzt eine mehrschichtige Struktur und kommt in verschiedenen Polytypen oder Sorten vor, die sich jeweils durch ihre Stapelreihenfolge unterscheiden, die jeder Sorte ihre einzigartigen physikalischen Eigenschaften verleiht - einige Formen enthalten beispielsweise kovalente Bindungen zwischen vier Kohlenstoffatomen, die kovalent an ein Siliciumatom gebunden sind und eine komplizierte Netzwerkstruktur bilden.

Moissanit wird synthetisch hergestellt und kommt in der Natur nur selten vor, obwohl kleine Mengen als Moissanit-Schmuckstücke existieren können. Moissanit spielt eine wichtige Rolle in Elektrofahrzeugen, da seine Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, die Fahrzeuge energieeffizienter macht und gleichzeitig aktive Kühlsysteme überflüssig macht, die Gewicht, Kosten und Komplexität erhöhen.

Halbleiter

Siliciumcarbidkeramik ist eine vielseitige Nichtoxidkeramik, die in Anwendungen eingesetzt wird, die sowohl mechanische als auch thermische Festigkeit erfordern, wie z. B. verschleißfeste Teile, feuerfeste Materialien für die Wärmebeständigkeit, feuerfeste Materialien zur Kontrolle der thermischen Ausdehnung und elektronische Halbleitergeräte, die bei hohen Temperaturen oder Spannungen arbeiten. Siliziumkarbid eignet sich aufgrund seiner Härte für diese Anwendungen, während seine Wärmeleitfähigkeit es zu einem effektiven hitzebeständigen Material macht. Seine vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten gehen über rein mechanische Anwendungen hinaus; einige Beispiele sind: Schleifmittel, verschleißfeste Teile, feuerfeste Materialien zur Kontrolle der Wärmeausdehnung und Halbleiterelektronikgeräte, die mit hohen Temperaturen bzw. Spannungen arbeiten.

Kristallines Siliciumcarbid bildet eine dicht gepackte Struktur aus kovalent gebundenen Atomen, die zwei primäre Koordinationstetraeder aus vier Silicium- und vier Kohlenstoffatomen bilden, was ihm eine unglaubliche Härte und Festigkeit verleiht. Leider ist es unlöslich in Wasser oder Alkohol, aber beständig gegen die meisten organischen und anorganischen Säuren/Salze (mit Ausnahme von Flusssäure und sauren Fluoriden).

Siliziumkarbid-Halbleiter verfügen über eine breite Bandlücke, die wesentlich kleinere und effizientere Bauelemente als gleichwertige Silizium-Halbleiter ermöglicht. Dies eröffnet die Möglichkeit, sie für die Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen sowie zur Unterstützung von Digitalisierungsprozessen in der Industrie einzusetzen.