Ränikarbiid - astronoomiliste teleskoopide peeglimaterjalid

Ränikarbiid (mida nimetatakse ka karborundiks) on räni ja süsiniku aatomitest koosnev anorgaaniline keemiline ühend, mida looduses leidub moissanitina ja mida alates 1893. aastast toodetakse massiliselt abrasiivmaterjalina.

SiC esineb enam kui 70 kristallilisel kujul, mis jagunevad kaheks polümorfiks: alfa-ränikarbiid (a-SiC) ja beeta-ränikarbiid (b-SiC). Eksperimentaalse vea piires sulavad mõlemad vormid samaaegselt kuni 10 GPa rõhu all.

Sellel on negatiivne kalle

Ränikarbiid on äärmiselt kõva ja tihe materjal, millel on mitmeid rakendusi. Seda võib leida sellistes toodetes nagu liivapaber, lihvimisrattad, lõiketööriistad, autoosad ja autotööstuse tulekindlad materjalid; lisaks on see tänu oma kõvadusele ja madalale soojuspaisumise kiirusele tulekindel materjal ahjudes, põletusahjudes ja tulekindlates vooderdistes, samuti peeglimaterjaliks astronoomilistes teleskoopides.

Edward Goodrich Acheson tootis esmakordselt massiliselt ränikarbiidi 1891. aastal, kui ta kuumutas elektriahjus savi ja pulbrilise koksi (süsiniku) segu, saades sinimusta materjali, mida tuntakse "karborundina".

Ränikarbiidi sulamise uuringud rõhul 5-8 GPa on näidanud, et see sulab kongruentselt kõikidel uuritud rõhkudel, kusjuures selle sulamiskõvera negatiivne kalle on -44 + 4 K/GPa, mis annab tõendeid, et tihedusfunktsionaalne teooria ennustas täpselt.

Sellel on positiivne kalle

Ränikarbiid (SiC) on oksiidita keraamiline materjal, millel on erakordsed omadused, mis muudavad selle kasulikuks paljudes kõrge temperatuuriga rakendustes. SiC on nii kõva kui ka äärmiselt tugev, polükristallilise keha tugevus on kuni 27 GPa; lisaks sellele on tal suurepärased roomakindlusomadused koos madala soojuspaisumise kiirusega.

Keraamiline keraamiline dioksiid (CeO2) on vees lahustumatu, kuid lahustub sulatatud leelis- ja raualahustes, mistõttu on see kõige kõvem arenenud struktuurikeraamika, mis on vastupidav kulumise, korrosiooni, löökide ja soojuspaisumise suhtes kõrge rõhu juures; see muudab selle ideaalseks kasutamiseks kõrge temperatuuriga rakendustes, näiteks tuumareaktorite komponentides.

Ränikarbiidi, mida sagedamini nimetatakse a-SiC-ks, kasutatakse tavaliselt elektrisõidukite pidurites ja sidurites ning kuulikindlates vestides, samuti kasutatakse seda heterogeensete katalüsaatorite substraadina. Selle materjali tööstuslikuks tootmiseks kasutatakse endiselt elektriahjusid, kus elektriahjus peenestatud koksiga redutseeritud puhas räniliiv; ränikarbiidi tööstuslik tootmine on endiselt populaarne valik kõrgepinge rakenduste jaoks jõuelektroonikas.

Sellel on negatiivne temperatuurikoefitsient

Ränikarbiid, tuntud ka kui ränidioksiid, on ränist ja süsinikust koosnev kõva keemiline ühend, mis esineb looduslikult mineraalina moissanit, kuid mida on alates 1893. aastast masstoodanguna toodetud pulbri ja kristallidena, mida kasutatakse abrasiivse ja kuulikindla vesti keraamiliste plaatide materjalina. Suured, üksikud kristalliterad on võimalik ühendada paagutamise teel, et toota äärmiselt tugevat struktuurikeraamikat; lisaks kasutatakse seda sageli sünteetiliste moissanit-kivide valmistamiseks, mida tuntakse sünteetiliste moissanit-kivide nime all. Ränikarbiid toimib ka pooljuhina; doping seda lämmastiku või fosforiga võib teha seda n-tüüpi materjali; sarnaselt berüllium, boor või alumiinium võib muuta seda p-tüüpi materjaliks sõltuvalt sellest, millised on selle omadused doping muudab seda n-tüüpi pooljuhtmaterjaliks.

Ränikarbiidil on lai bändilõhe ja kõrge elektrivälja läbilöögitugevus, mistõttu sobib see elektroonikaseadmeteks, mis töötavad äärmiselt kõrgetel temperatuuridel või pingetel. Lisaks sellele kasutatakse seda laialdaselt tänu selle termilisele šokikindlusele. Ränikarbiid esineb erinevate ühikukärgedena (kuubiline, romboeedriline või heksagonaalne). Kui seda tihendada savi abil, võib see takistada kaela kasvu, vältides samas SiO2 moodustumist, mis muidu vähendaks elastsusmoodulit. Erinevates uuringutes on uuritud selle sulamiskäitumist kõrge rõhu all, kasutades ab initio molekulaardünaamika simulatsioone, mis põhinevad tihedusfunktsionaalteooria simulatsioonidel.

Sellel on positiivne survetegur

Ränikarbiid on äärmiselt kõva ja jäik keraamiline materjal, mida iseloomustab kõrge temperatuuritaluvus, madal soojuspaisumistegur ja vastupidavus keemilistele reaktsioonidele. Seda on mitmesugustes suurustes ja vormides, sealhulgas graanulitena, mida saab osta, ning vahvlitena, millest saab valmistada suurte teleskoopide peegleid. Ränikarbiidi tootmismeetodid ulatuvad otsesest süsiniku sünteesist keemilise aurustamise meetoditeni.

ZB ja RS SiC-s on uuritud Debye'i temperatuuride sõltuvust rõhust 3100+40 K ja 5-8 GPa vahel, kasutades kustutamiskatsetusi ja in situ mõõtmisi temperatuuride vahemikus 3100+40 K ja 5-8 GPa vahel, kasutades kustutamiskatsetusi ja in situ mõõtmisi. Tulemused näitavad, et keskkonnarõhu juures on mõlemad Lame'i konstandid (l, m) positiivsed koos m suureneva kõrvalekaldega, mis viitab laengu ülekandega seotud mittetsentraalsete paljude kehade jõudude tugevuse suurenemisele kõrgematel rõhkudel, mille tulemuseks on SiC kokkusurutavuse mehaaniline jäikus.