Για τι χρησιμοποιείται το καρβίδιο του πυριτίου;

Το καρβίδιο του πυριτίου έχει πολλές εφαρμογές και κυκλοφορεί με τη μορφή λειαντικών, κεραμικής σκόνης και αλεξίσφαιρης θωράκισης.

Το καρβορρούνδιο (SiC), μια κρυσταλλική ένωση πυριτίου και άνθρακα, είναι μια από τις σκληρότερες γνωστές ουσίες με μοναδικές ιδιότητες που το καθιστούν ωφέλιμο σε διάφορες βιομηχανίες.

Λειαντικά

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι σκληρό και εύθραυστο, καθιστώντας το αποτελεσματικό λειαντικό υλικό. Οι κατασκευαστές το χρησιμοποιούν για την παραγωγή προϊόντων όπως το γυαλόχαρτο- το υλικό αυτό διατίθεται σε διάφορα μεγέθη κόκκων από χοντρό έως πολύ λεπτό κόκκο για εργασίες λείανσης, με τα πιο χονδροειδή να χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση μεγάλων ποσοτήτων αποθέματος σε αρχικές εργασίες λείανσης, ενώ τα λεπτότερα γυαλίζουν τις επιφάνειες των τεμαχίων για την παραγωγή ομαλών τελειωμάτων.

Το λειαντικό καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιείται σε προϊόντα που απαιτούν υψηλή αντοχή, όπως τα φρένα αυτοκινήτων και οι κεραμικές πλάκες που χρησιμοποιούνται στα αλεξίσφαιρα γιλέκα. Επιπλέον, το υλικό αυτό μπορεί επίσης να βρεθεί σε σύνθετα υλικά όπως το καρβίδιο πυριτίου ενισχυμένο με ίνες άνθρακα (CFRC).

Πυρίμαχο

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι απαραίτητη πρώτη ύλη για την παραγωγή πυρίμαχων υλικών. Με σταθερές χημικές ιδιότητες, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, μικρό συντελεστή θερμικής διαστολής και εξαιρετική αντοχή στη φθορά αποτελεί ιδανικό υλικό για τη δημιουργία λειαντικών ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως λειαντικά ταινιών, γυαλόχαρτο, τροχοί λείανσης και εργαλεία λαδιού, καθώς και εργαλειομηχανές μονοκρυσταλλικού πυριτίου/πολυκρυσταλλικού πυριτίου.

Το μέταλλο είναι πολύ σκληρό και εύθραυστο, αλλά έχει υψηλή θερμική και μηχανική σταθερότητα. Αποτελούμενο από άτομα πυριτίου που περιβάλλονται από άτομα άνθρακα και οξυγόνου, η σύνθεσή του το καθιστά ανθεκτικό στη θερμότητα και στις μηχανικές καταπονήσεις, καθώς και εντυπωσιακό σημείο τήξης.

Το καθαρό καρβίδιο του πυριτίου είναι άχρωμο- οι βιομηχανικές ποιότητες μπορεί να έχουν χρώμα από καφέ έως μαύρο λόγω εγκλεισμάτων σιδήρου, αλουμινίου, αζώτου ή ελεύθερου άνθρακα. Υπάρχουν μέθοδοι πρόσμιξης που δημιουργούν διαφορετικούς ημιαγωγούς: για παράδειγμα, το καρβίδιο του πυριτίου τύπου n μπορεί να προσμιχθεί με άζωτο ή φώσφορο, ενώ οι εκδόσεις τύπου p μπορούν να προσμιχθούν με πρόσμιξη αλουμινίου, βορίου ή γαλλίου.

Αλεξίσφαιρη πανοπλία

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα από τα σκληρότερα υλικά στη Γη. Αυτό το καθιστά ιδανικό για αλεξίσφαιρα γιλέκα που φορούν αστυνομικοί και στρατιωτικοί, ενώ οι θερμικές του ιδιότητες το καθιστούν ανθεκτικό στη θερμότητα.

Τα κεραμικά υλικά όπως αυτό είναι γνωστό ότι είναι ισχυρά. Επιπλέον, το κεραμικό είναι εξαιρετικός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού - γεγονός που το καθιστά ιδανικό για ηλεκτρονικές εφαρμογές όπως τα τρανζίστορ ισχύος. Επιπλέον, η αντοχή στη διάβρωση είναι ένα ακόμη πλεονέκτημα.

Το καθαρό καρβίδιο του πυριτίου έχει πολυστρωματική δομή και υπάρχει σε διάφορους πολυτύπους ή ποικιλίες, οι οποίες διακρίνονται από την αλληλουχία στοίβαξής τους που προσδίδει σε κάθε τύπο το μοναδικό φυσικό του χαρακτηριστικό - για παράδειγμα, ορισμένες μορφές περιέχουν ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τεσσάρων ατόμων άνθρακα ομοιοπολικά συνδεδεμένων με ένα άτομο πυριτίου, σχηματίζοντας μια περίπλοκη δομή δικτύου.

Ο μοισσανίτης παράγεται συνθετικά και συναντάται σπάνια στη φύση, αν και μικρές ποσότητες μπορεί να υπάρχουν ως κοσμήματα μοισσανίτη. Ο μοισσανίτης παίζει ουσιαστικό ρόλο στα ηλεκτρικά οχήματα, καθώς η ικανότητά του να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες επιτρέπει στα οχήματα να γίνουν πιο ενεργειακά αποδοτικά, μειώνοντας παράλληλα τα ενεργά συστήματα ψύξης που προσθέτουν βάρος, κόστος και πολυπλοκότητα.

Ημιαγωγός

Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου είναι ευπροσάρμοστα μη οξειδωτικά κεραμικά που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές που απαιτούν τόσο μηχανική όσο και θερμική αντοχή, όπως εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά, πυρίμαχα υλικά για αντοχή στη θερμότητα, πυρίμαχα υλικά για τον έλεγχο της θερμικής διαστολής και ηλεκτρονικές συσκευές ημιαγωγών που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες ή τάσεις. Η σκληρότητα του καρβιδίου του πυριτίου το καθιστά κατάλληλο για αυτές τις χρήσεις, ενώ η θερμική του αγωγιμότητα το καθιστά αποτελεσματικό υλικό ανθεκτικό στη θερμότητα. Η ευρεία ποικιλία χρήσεών του εκτείνεται πέρα από τις μηχανικές εφαρμογές και μόνο- μερικά παραδείγματα είναι: λειαντικά- εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά- πυρίμαχα υλικά για αντοχή στη θερμότητα- και ηλεκτρονικές διατάξεις ημιαγωγών που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες ή τάσεις αντίστοιχα.

Το κρυσταλλικό καρβίδιο του πυριτίου σχηματίζει μια στενά στοιβαγμένη δομή αποτελούμενη από ομοιοπολικά συνδεδεμένα άτομα που σχηματίζουν δύο πρωταρχικά τετράεδρα συντονισμού αποτελούμενα από τέσσερα άτομα πυριτίου και τέσσερα άτομα άνθρακα, προσδίδοντάς του απίστευτη σκληρότητα και αντοχή. Δυστυχώς είναι αδιάλυτο στο νερό ή την αλκοόλη, αλλά ανθεκτικό στα περισσότερα οργανικά και ανόργανα οξέα/άλατα (με εξαιρέσεις το υδροφθορικό οξύ και τα όξινα φθορίδια).

Οι ημιαγωγοί καρβιδίου του πυριτίου διαθέτουν ένα ευρύ χάσμα ζώνης που επιτρέπει τη δημιουργία πολύ μικρότερων και αποδοτικότερων διατάξεων από τις αντίστοιχες διατάξεις πυριτίου (Si), ανοίγοντας τη δυνατότητα χρήσης τους για ηλεκτρονικά ισχύος σε ηλεκτρικά οχήματα, καθώς και για την υποστήριξη διαδικασιών ψηφιοποίησης σε βιομηχανικές διαδικασίες.