Ορισμός καρβιδίου του πυριτίου

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι μια αδιάλυτη κρυσταλλική ένωση που αποτελείται από πυρίτιο και άνθρακα. Το SiC αναφέρεται συνήθως με την εμπορική ονομασία "καρβορουνδία" και απαντάται επίσης στη φύση ως το εξαιρετικά σπάνιο ορυκτό μοισσανίτης.

Το PEEK χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικές συσκευές που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις, όπως τα τροφοδοτικά. Επιπλέον, είναι ένα απαραίτητο υλικό στα ηλεκτρικά οχήματα- η αύξηση της αυτονομίας οδήγησης και η βελτίωση της αποδοτικότητας μέσω της αυξημένης διάρκειας ζωής της μπαταρίας και της μεγαλύτερης απόδοσης ισχύος είναι η υπόσχεσή του.

Είναι ένα φυσικό λειαντικό υλικό

Το καρβίδιο του πυριτίου, πιο συχνά αναφερόμενο ως SiC, είναι ένα εξαιρετικά λειαντικό υλικό που συναντάται συνήθως σε μετεωρίτες και στο σπάνιο ορυκτό μοισσανίτης. Αποτελούμενο εξ ολοκλήρου από πυρίτιο και άνθρακα, το SiC μπορεί να προστεθεί με άζωτο ή φώσφορο για χρήση ως ημιαγωγός τύπου n ή με αλουμίνιο, βόριο ή γάλλιο για εφαρμογές ημιαγωγών τύπου p. Το βιομηχανικό γυαλόχαρτο συχνά διαθέτει SiC ως ένα από τα συστατικά του, ενώ οι κοφτεροί κόκκοι του μπορούν να τρίψουν αβίαστα μέταλλο, γυαλί, μάρμαρο, φελλό πέτρα ινοσανίδες μεσαίας πυκνότητας ινοσανίδες μεσαίας πυκνότητας για γρήγορη λειαντική χρήση - ιδανικό για χρήση ως λειαντικό υλικό!

Το αλουμίνιο αποτελεί ιδανική επιλογή υλικού για εφαρμογές υψηλών επιδόσεων που απαιτούν ισχυρές χημικές ιδιότητες, θερμική αγωγιμότητα, χαμηλό συντελεστή διαστολής και αντοχή στη φθορά. Αυτό το ευπροσάρμοστο μέταλλο μπορεί να βρεθεί σε εφαρμογές όπως λειαντικά, εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά και πυρίμαχα υλικά λόγω της σκληρότητάς του, ηλεκτρονικά λόγω της σταθερότητας και της αξιοπιστίας του, καθώς και σε μεταλλουργικές εφαρμογές λόγω της θερμικής του αντοχής.

Οι μοναδικές μηχανικές και χημικές ιδιότητες του καρβιδίου του πυριτίου το καθιστούν μια εξαιρετική επιλογή υλικού για μηχανολογικές εφαρμογές υψηλής απόδοσης, όπως ρουλεμάν αντλιών, βαλβίδες, εγχυτήρες αμμοβολής, μήτρες εξώθησης, αντοχή στη διάβρωση και υψηλό σημείο τήξης καθιστούν το καρβίδιο του πυριτίου ένα εξαιρετικό υλικό για επιλογή όταν εφαρμόζεται σε ακραίες μηχανολογικές καταστάσεις. Το βαρύ έδαφος μπορεί να παράγει λιγότερη τριβή στην επιφάνειά του σε σύγκριση με τις συνθήκες ελαφρού εδάφους, ενώ η σκόνη καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να προκαλέσει μη προοδευτική πνευμονική ίνωση στον άνθρωπο.

Πρόκειται για κεραμικό υλικό

Το καρβίδιο του πυριτίου, που αναφέρεται ευρύτερα ως καρβορουνδίου, είναι μια εξαιρετικά σκληρή κρυσταλλική ένωση πυριτίου και άνθρακα που χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό ως λειαντικό υλικό από την εισαγωγή του στα τέλη του 19ου αιώνα. Χρησιμοποιείται έκτοτε κυρίως σε τροχούς λείανσης και κοπτικά εργαλεία, ενώ η πολύπλευρη χρήση του εκτείνεται από τις πυρίμαχες επενδύσεις βιομηχανικών κλιβάνων και τα ανθεκτικά στη φθορά εξαρτήματα σε αντλίες και πυραυλοκινητήρες έως τα κεραμικά και τους ημιαγωγούς- λόγω της αντοχής του στη διάβρωση και την οξείδωση, καθώς και της αντοχής του σε υψηλές θερμοκρασίες με ελάχιστη θερμική διαστολή, αποτελεί ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα κεραμικά υλικά που χρησιμοποιούνται ποτέ σήμερα.

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα κεραμικό μη-οξείδιο με ένα χάσμα ζώνης που είναι τρεις φορές μεγαλύτερο από τους τυπικούς ημιαγωγούς πυριτίου, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να αντέξει υψηλότερες τάσεις. Επιπλέον, η διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης του παράγει πολύ μικρά σωματίδια που είναι λιγότερο πιθανό να προκαλέσουν βλάβες στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Όταν προστίθενται προσμίξεις όπως το βόριο και το αλουμίνιο, το καρβίδιο του πυριτίου μετατρέπεται σε ημιαγωγό τύπου p. Όταν αντίθετα εισάγεται πρόσμιξη με φώσφορο και άζωτο, μετατρέπεται σε ημιαγωγό τύπου n.

Η πυροσυσσωμάτωση καρβιδίου του πυριτίου είναι μια εύκολη διαδικασία, η οποία παράγει πυκνά προϊόντα με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες. Η σκληρότητά του είναι ζωτικής σημασίας για πολλές λειαντικές κατεργασίες, όπως η λείανση, η κοπή με υδροβολή και η αμμοβολή- οι σύγχρονοι λαπιδαρίστες εκτιμούν επίσης την ανθεκτικότητα και την υψηλή σταθερότητα διαστάσεων του καρβιδίου του πυριτίου- μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και για την κατασκευή δίσκων φρένων υψηλής απόδοσης για σπορ αυτοκίνητα ή άλλα οχήματα επιδόσεων.

Είναι ένα υλικό για ηλεκτρονικά ισχύος

Το καρβίδιο του πυριτίου, ή SiC, είναι ένα μη οξειδωτικό κεραμικό υλικό το οποίο χρησιμοποιείται σε εφαρμογές που κυμαίνονται από λειαντικά και εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά λόγω της σκληρότητάς του, στη μεταλλουργία και στα πυρίμαχα υλικά λόγω της θερμικής του αντοχής και της θερμικής του διαστολής, σε εφαρμογές ηλεκτρονικών ισχύος λόγω των ιδιοτήτων του να αντιστέκεται στην τάση, προσμίξεις με άζωτο ή φώσφορο για να σχηματίσει ημιαγωγούς τύπου n ή προσμίξεις βηρυλλίου, βορίου και αλουμινίου για να σχηματίσει ημιαγωγούς τύπου p- η στενά στοιβαγμένη κρυσταλλική δομή του σχηματίζει πολυτύπους με διαφορετικές χημικές συνθέσεις καθώς και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά- ενώ είναι αδιάλυτο στο νερό, διαλύεται σε αλκάλια ή μέσα που περιέχουν σίδηρο.

Το SiC διακρίνεται από το πυρίτιο από ένα πολύ ευρύτερο χάσμα ζώνης που του επιτρέπει να επιδεικνύει ημιαγωγιμότητα. Ως εκ τούτου, αποτελεί ιδανική επιλογή υλικού για εφαρμογές υψηλής τάσης, καθώς αντέχει σε τάσεις δέκα φορές μεγαλύτερες από αυτές που μπορεί να αντέξει το πυρίτιο.

Το καρβίδιο του πυριτίου διαθέτει ανώτερη θερμική αγωγιμότητα, επιτρέποντάς του να αντέχει σε θερμοκρασίες έως και 1.400 βαθμούς Κελσίου - σημαντικά υψηλότερες από το όριο των 175 βαθμών Κελσίου του τυπικού πυριτίου. Ως εκ τούτου, το καρβίδιο πυριτίου μειώνει την ανάγκη για ενεργά συστήματα ψύξης σε ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος, όπως μετατροπείς DC-to-DC και φορτιστές επί του σκάφους.

Το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να κατασκευαστεί με διάφορες διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των μεθόδων αντίδρασης-σύνδεσης και CVD. Οι μέθοδοι που συνδέονται με αντίδραση περιλαμβάνουν την ανάμειξη κονιοποιημένου SiC με σκόνη άνθρακα και πλαστικοποιητή πριν από τη διαμόρφωσή του σε επιθυμητά σχήματα πριν από την καύση τυχόν πλαστικοποιητή που υπάρχει στο μείγμα. Η μέθοδος CVD περιλαμβάνει τη θέρμανση καθαρής άμμου πυριτίου αναμεμειγμένης με κοκ σε φούρνο τύπου ηλεκτρικής αντίστασης με τούβλα, ενώ περνάει ρεύμα από τον αγωγό του- αργότερα αλέθεται σε λεπτή σκόνη για χρήση ως λειαντικό.

Είναι ένα υλικό για την αυτοκινητοβιομηχανία

Το καρβίδιο του πυριτίου, ή SiC, είναι μία από τις σκληρότερες γνωστές ουσίες. Χρησιμοποιείται κυρίως ως υλικό για την αυτοκινητοβιομηχανία σε δίσκους φρένων υψηλών επιδόσεων για σπορ αυτοκίνητα και υπεραυτοκίνητα- ωστόσο, ημιαγωγοί και εξαρτήματα ηλεκτρονικών ισχύος χρησιμοποιούν επίσης αυτό το υλικό λόγω των εξαιρετικών φυσικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων του που το καθιστούν κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής τάσης.

Τα κεραμικά υλικά με τις επιθυμητές μη οξειδωτικές κεραμικές ιδιότητες τα καθιστούν εξαιρετική επιλογή για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, από αισθητήρες και συσκευές ημιαγωγών έως φορητή τεχνολογία και ιατρικά εμφυτεύματα. Τα κεραμικά που είναι ντοπαρισμένα με διάφορες ποσότητες αλουμινίου, βορίου ή άνθρακα μπορούν να επιτύχουν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά απόδοσης για διάφορες βιομηχανικές χρήσεις και να παραχθούν σε συσκευές χαμηλής τάσης για χρήση υψηλής τάσης.

Η ατομική δομή του SiC το καθιστά εξαιρετικό αγωγό, καθιστώντας το ιδανικό για χρήση ως τρανζίστορ σε ηλεκτρικά οχήματα (EV). Αυτά τα τσιπ μειώνουν τη θερμότητα που παράγεται κατά τη λειτουργία για αυξημένη απόδοση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, καθώς και για να αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας, εξαλείφοντας έτσι τα ενεργά συστήματα ψύξης που προσθέτουν βάρος και πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό ενός EV.

Η παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου έχει αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, αλλά η βασική διαδικασία παραμένει παρόμοια με εκείνη που πρωτοστάτησε ο Edward Acheson το 1891. Ένα μείγμα καθαρής πυριτικής άμμου και κοκ άνθρακα θερμαίνεται σε ηλεκτρικό κλίβανο μέχρι να αναφλεγεί από ηλεκτρικό σπινθηριστή από αγωγό άνθρακα, δίνοντας φωτεινούς πράσινους κρυστάλλους με σημαντική σκληρότητα.