Καρβίδιο του πυριτίου - Υλικό κατόπτρων για αστρονομικά τηλεσκόπια

Το καρβίδιο του πυριτίου (που αναφέρεται επίσης ως καρβορούνδιο) είναι μια ανόργανη χημική ένωση που αποτελείται από άτομα πυριτίου και άνθρακα, η οποία συναντάται στη φύση ως μοισσανίτης και παράγεται μαζικά από το 1893 για χρήση ως λειαντικό.

Το SiC υπάρχει σε περισσότερες από 70 κρυσταλλικές μορφές, οι οποίες χωρίζονται σε δύο πολυμορφές: το α-καρβίδιο του πυριτίου (α-SiC) και το β-καρβίδιο του πυριτίου (β-SiC). Εντός πειραματικού σφάλματος, και οι δύο μορφές λιώνουν ταυτόχρονα σε πιέσεις έως 10 GPa.

Έχει αρνητική κλίση

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό και πυκνό υλικό με πολλαπλές εφαρμογές. Μπορεί να βρεθεί σε προϊόντα όπως το γυαλόχαρτο, οι τροχοί λείανσης, τα εργαλεία κοπής, τα εξαρτήματα αυτοκινήτων και τα πυρίμαχα υλικά αυτοκινήτων- επιπλέον χρησιμεύει ως πυρίμαχο υλικό σε κλιβάνους, φούρνους και πυρίμαχες επενδύσεις καθώς και ως υλικό καθρεφτών σε αστρονομικά τηλεσκόπια λόγω της σκληρότητας και του χαμηλού ρυθμού θερμικής διαστολής του.

Ο Edward Goodrich Acheson παρήγαγε για πρώτη φορά μαζικά καρβίδιο του πυριτίου το 1891, όταν θέρμανε ένα μείγμα πηλού και κονιοποιημένου κοκ (άνθρακα) σε ηλεκτρικό κλίβανο, παράγοντας ένα μπλε-μαύρο υλικό γνωστό ως "καρβορουντούμ".

Μελέτες τήξης καρβιδίου του πυριτίου σε πιέσεις που κυμαίνονται από 5-8 GPa αποκάλυψαν ότι το καρβίδιο τήκεται σε όλες τις πιέσεις που μελετήθηκαν, με την καμπύλη τήξης να έχει αρνητική κλίση -44 + 4 K/GPa, παρέχοντας στοιχεία που αποδεικνύουν ότι η θεωρία πυκνότητας προέβλεψε με ακρίβεια.

Έχει θετική κλίση

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα μη οξειδωτικό κεραμικό υλικό με εξαιρετικές ιδιότητες που το καθιστούν χρήσιμο σε πολλές εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας. Το SiC είναι σκληρό και εξαιρετικά ανθεκτικό με αντοχή πολυκρυσταλλικού σώματος έως και 27 GPa. Επιπλέον, διαθέτει εξαιρετικές ιδιότητες αντίστασης σε ερπυσμό μαζί με χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής.

Το κεραμικό διοξείδιο του κεραμιδίου (CeO2) είναι αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλυτό σε λιωμένα διαλύματα αλκαλίων και σιδήρου, καθιστώντας το το σκληρότερο από όλα τα προηγμένα δομικά κεραμικά με αντοχή στην τριβή, τη διάβρωση, την κρούση και τη θερμική διαστολή σε υψηλές πιέσεις, γεγονός που το καθιστά ιδανικό για χρήση σε εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, όπως εξαρτήματα πυρηνικών αντιδραστήρων.

Το καρβίδιο του πυριτίου, που αναφέρεται πιο συχνά ως α-SiC, βρίσκεται συνήθως σε φρένα και συμπλέκτες ηλεκτρικών οχημάτων, καθώς και σε αλεξίσφαιρα γιλέκα, ενώ χρησιμοποιείται και ως υπόστρωμα για ετερογενείς καταλύτες. Η παραγωγή βιομηχανικών ποσοτήτων αυτού του υλικού εξακολουθεί να περιλαμβάνει τη χρήση ηλεκτρικών κλιβάνων με καθαρή πυριτική άμμο που μειώνεται με λεπτόκοκκο κοκ σε ηλεκτρικό κλίβανο- η παραγωγή καρβιδίου του πυριτίου σε βιομηχανική κλίμακα παραμένει δημοφιλής επιλογή για εφαρμογές υψηλής τάσης στα ηλεκτρονικά ισχύος.

Έχει αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας

Το καρβίδιο του πυριτίου, επίσης γνωστό ως διοξείδιο του πυριτίου, είναι μια σκληρή χημική ένωση που αποτελείται από πυρίτιο και άνθρακα και εμφανίζεται στη φύση ως ορυκτό μοισσανίτης, αλλά παράγεται μαζικά από το 1893 σε σκόνη και κρύσταλλο για χρήση ως λειαντικό και υλικό για κεραμικές πλάκες αλεξίσφαιρων γιλέκων. Μεγάλοι, μονοκρυσταλλικοί κόκκοι μπορούν να ενωθούν μέσω πυροσυσσωμάτωσης για την παραγωγή εξαιρετικά σκληρών δομικών κεραμικών- επιπλέον χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή συνθετικών πολύτιμων λίθων μοισσανίτη, γνωστών ως συνθετικών πολύτιμων λίθων μοισσανίτη. Το καρβίδιο του πυριτίου δρα επίσης ως ημιαγωγός- η πρόσμιξη με άζωτο ή φώσφορο μπορεί να το καταστήσει υλικό τύπου n- ομοίως το βηρύλλιο, το βόριο ή το αλουμίνιο μπορεί να το μεταβάλει σε υλικό τύπου p ανάλογα με το ποια χαρακτηριστικά του θα η πρόσμιξη θα η πρόσμιξη θα το μεταβάλει σε ημιαγωγό υλικό τύπου n.

Το καρβίδιο του πυριτίου έχει εκτεταμένο χάσμα ζώνης και υψηλή αντοχή διάσπασης ηλεκτρικού πεδίου, καθιστώντας το κατάλληλο για ηλεκτρονικές συσκευές που λειτουργούν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες ή τάσεις. Επιπλέον, η ανθεκτικότητά του σε θερμικό σοκ σημαίνει ότι χρησιμοποιείται ευρέως. Το καρβίδιο του πυριτίου υπάρχει σε διάφορα μοναδιαία κύτταρα (κυβικά, ρομβοεδρικά ή εξαγωνικά). Εάν συμπυκνωθεί με τη χρήση αργίλου μπορεί να εμποδίσει την ανάπτυξη αυχένα, ενώ παράλληλα αποτρέπει το σχηματισμό SiO2 που διαφορετικά θα μείωνε το μέτρο ελαστικότητας. Διάφορες μελέτες έχουν εξετάσει τη συμπεριφορά τήξης του υπό υψηλή πίεση χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής ab initio με βάση προσομοιώσεις λειτουργικής θεωρίας πυκνότητας.

Έχει θετικό συντελεστή πίεσης

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σκληρό και άκαμπτο κεραμικό υλικό, το οποίο χαρακτηρίζεται από την υψηλή θερμοκρασιακή του ικανότητα, τον χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και την αντοχή του σε χημικές αντιδράσεις. Κυκλοφορεί σε διάφορα μεγέθη και μορφές, συμπεριλαμβανομένης της κοκκώδους μορφής για αγορά, καθώς και πλακιδίων που μπορούν να κατασκευαστούν σε κάτοπτρα για μεγάλα τηλεσκόπια. Οι μέθοδοι παραγωγής του καρβιδίου του πυριτίου κυμαίνονται από την άμεση σύνθεση άνθρακα έως τη χημική εναπόθεση ατμών.

Μελέτες σχετικά με την εξάρτηση των θερμοκρασιών Debye από την πίεση σε ZB και RS SiC από 3100+40 K έως 5-8 GPa με τη χρήση πειραμάτων απόσβεσης και μετρήσεων in situ πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 3100+40 K έως 5-8 GPa με τη χρήση πειραμάτων απόσβεσης και μετρήσεων in situ. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι σε πίεση περιβάλλοντος και οι δύο σταθερές του Lame (l, m) είναι θετικές με αυξανόμενη απόκλιση του m, γεγονός που υποδηλώνει αυξημένη ισχύ των μη κεντρικών δυνάμεων πολλών σωμάτων που περιλαμβάνουν αλληλεπιδράσεις μεταφοράς φορτίου σε υψηλότερες πιέσεις με αποτέλεσμα τη μηχανική δυσκαμψία της συμπιεστότητας του SiC.