Ränikarbiidi tihedus

Ränikarbiid, mida tavaliselt nimetatakse karborundiks või SiC-ks, on kõva keraamiline materjal, millel on palju rakendusi. Seda mitmekülgset ainet kasutatakse abrasiivmaterjalina, tal on laia ribalõhega pooljuhtide omadused ja seda saab isegi valmistada keraamilisteks konstruktsioonielementideks.

Tootmine hõlmab polüsiloksaanide reageerimist ja pürolüüsi rõhu all, jahvatamist pulbriks, paagutamist tahkete vormide moodustamiseks, seejärel lihvimist lõpliku mikrostruktuuri kujundamiseks. Iga etapp mängib lõppmaterjali tootmisel lahutamatut rolli, mille tulemused sõltuvad kasutatavatest vormimismeetoditest, mis mõjutavad oluliselt mikrostruktuuri.

Teoreetiline tihedus

Ränikarbiidi tihe koostis mängib olulist rolli selle keemilise, termilise ja mehaanilise koormuse taluvuses. Tänu suurepärasele kõvadusele ja soojusjuhtivusele on ränikarbiid suurepärane materjalivalik suure jõudluse ja suure koormusega rakenduste jaoks.

Tihedamad materjalid on korrosiooni- ja kulumiskindlamad. Lisaks sellele võimaldavad nende madalad paisumis-/kahanemiskiirused neil paremini vastu pidada äärmuslikele temperatuuridele, mistõttu on need ideaalsed elektri- ja gaasisüsteemide jaoks.

SiC on ka väga vastupidav kiirgusele ja tal on teiste pooljuhtidega võrreldes ebatavaliselt suur sagedusvahe, mis võimaldab tal töötada palju kõrgematel temperatuuridel, pingetel ja sagedustel kui teistel pooljuhtidel. Seetõttu võib SiC-d kasutada mitmesugustes elektroonika- ja tööstusrakendustes, sealhulgas energiatootmises, lennunduses ja autotööstuses.

SiC suure tiheduse saavutamine võib suurte komponentide puhul olla keeruline. Kuid tänu rambikompressioonitehnoloogiale on nüüd võimalik saavutada ühtlast tihedust kuni 98% teoreetilisest tihedusest. Protsessi käigus luuakse homogeenne dispersioon submikronise suurusega pulbrisegust, mis koosneb peamiselt ränikarbiidist ja boori sisaldavast lisandist; seejärel vormitakse see pulbrisegu rohelisteks kehadeks, mis seejärel paagutatakse temperatuuril 1900-2100 kraadi C kontrollitud atmosfääri tingimustes.

Boorisisaldavaid lisandeid tuleks lisada pulbri segamise ajal koguses, mis vastab ühele osale elementaarse boori massiprotsendile 100 osa ränikarbiidi kohta, et tagada ohutu tihendamine ilma segregatsioonita tera piiridel.

Füüsiline tihedus

Ränikarbiid (C-Si) on tehismaterjal, mis koosneb süsinikust (C) ja ränist (Si). Sellel on boorikarbiidi järel suuruselt teine Mohsi kõvadus (9) ning see pakub erakordset tugevust, kulumiskindlust ja korrosioonikindlust; tegelikult peab see vastu isegi fluorvesinik- ja väävelhappele, ilma et see korrodeeruks - lisaks sellele ei suuda vesi, enamik kemikaale, sealhulgas leelised, seda lahustada! Ränikarbiidi mitmekülgsus insenerimaterjalina teeb selle ka teadlaste seas populaarseks.

Kuna see peab vastu kiirele lõikamisele ja lihvimisele ning seda kasutatakse ka abrasiivpuhastamiseks ja mehaaniliseks töötlemiseks, kasutatakse smirgelit tänu selle vastupidavusele ja kulutasuvusele laialdaselt kaasaegsetes lapidary-töödes. Lisaks on see oluline tooraine lihvimis- ja poleerimismaterjalide tootmisel.

Ränikarbiid on kujunenud esmatähtsaks kosmosetehnoloogia materjaliks tänu oma silmapaistvale vastupidavusele ja kiirguskindlusele. Seetõttu on ränikarbiidist valmistatud peeglid saanud valikuks mitmete suurimate teleskoopide, näiteks Herscheli ja BepiColombo missioonide jaoks, või neid saab isegi kujundada jäikadesse raamidesse, et need peaksid vastu Veenusel esinevatele temperatuuridele ja ootusi ületavale kiirgustasemele.

Hiljutised eksperimentaalsed tõendid näitavad, et a-SiC on B1-faasis stabiilne paljudes tingimustes, mis vastavad süsinikurikaste eksoplaneetide eeldatavatele mantlitingimustele, erinevalt selle käitumisest Maal, kus see laguneb kiiresti ränidioksiidiks ja hapnikuks.

Keemiline tihedus

Ränikarbiid, üldisemalt SiC, on keemiline ühend, mis koosneb ränist (aatomiarv 14) ja süsinikust (aatomiarv 6). Sellel on irisev roheline kuni sinakasmust välimus ja mittesüttimisomadused; selle tihedus on 3,21 grammi kuupsentimeetri kohta.

Ränikarbiid esineb looduslikult meteoriitides, korundi ja kimberliidi ladestikes piiratud kogustes, kuid enamik elektroonikaseadmetes kasutatavast ränikarbiidist on siiski sünteetiliselt toodetud. Edward Acheson sünteesis ränikarbiidi esimest korda sünteetiliselt 1891. aastal, kui ta püüdis luua kunstlikke teemante, kuumutades savi ja kokspulbrit elektrikaarahjus; seda tehes märkas ta süsinikelektroodide külge kinnitunud helerohelisi kristalle, mis nägid välja nagu teemant, ja nimetas need kristallid "moissanite" selle kiviliigi järgi, millele need sarnanesid.

SiC on äärmiselt laia ribalõhega pooljuhtmaterjal, mis võimaldab tal töötada kõrgematel temperatuuridel ja pingetel kui muudel pooljuhtmaterjalidel. Tänu oma suurepärasele soojusjuhtivusele toimub soojuse hajumine kiiresti, samas kui selle tihe kristalliline struktuur tagab suurepärase kulumiskindluse, mis sobib ideaalselt näiteks lõiketööriistade jaoks.

EAG Laboratories omab ulatuslikku kogemust SiC analüüsimisel nii lahtise kui ka ruumiliselt lahutatud analüüsimeetodite abil. SiC on äärmiselt kasulik materjal pooljuhtide valmistamiseks, kuna seda saab legeerida erinevate elementidega, et muuta selle elektrotermilisi omadusi. Kvaliteetsete pooljuhttoodete loomisel on esmatähtis tagada legeeritud ainete kontsentratsioon ja ruumiline jaotumine, kõrvaldades samal ajal soovimatud saasteained.

Termiline tihedus

Ränikarbiid on äärmiselt tihe materjal ja üks kõvemaid olemasolevaid aineid, mis pakub keraamilise materjalina suurepärast korrosioonikindlust, mis võib vähendada elektrisõidukite aktiivseid jahutussüsteeme.

Ränikarbiid (SiC) on kovalentselt seotud helehall tahke aine, mille suhteline kõvadus on Mohsi skaalal teemandi omaga võrdne. Neid omadusi omavad tulekindlad materjalid on ideaalsed kasutamiseks, kuna SiC-l on kõrge sulamistemperatuur, soojusjuhtivus ja madal soojuspaisumise kiirus.

Ränikarbiidi võib legeerida lämmastiku või fosforiga, et moodustada n-tüüpi pooljuht; või legeerida berülliumi, boori, alumiiniumi ja galliumiga, et moodustada p-tüüpi pooljuht. Tänu oma laiale ribalüngale, mis võimaldab taluda kolm korda suuremat pinget kui tavalistel ränipooljuhtidel. Ränikarbiidist on saanud elektroonikaseadmete tootmisel kasutatav materjal, kuna seda kasutatakse laialdaselt elektroonikakomponentide materjalina.

Looduslikud ränikarbiidi varud esinevad teatavates meteoriidiproovides, korundimaardlates ja kimberliidis, kuid enamik tööstuslikust ränikarbiidist on sünteetiliselt toodetud. SSiC ja SiSiC variandid on nende soojusomaduste tõttu üks kõige sagedamini kasutatavaid materjale sellistes nõudlikes tingimustes nagu 3D-trükk, ballistika tootmine, keemiatootmine ja energiatehnoloogia rakendused ning torusüsteemide komponendid; nende suurem tihedus võrreldes puhta kvartsiga muudab need ühendid ahvatlevaks metalli asendajaks ning nad pakuvad head jäikust, kõvadust ja kõrge temperatuurikindlusega omadusi, mis konkureerivad puhta kvartsi soojusomadustega võrreldes puhta kvartsi ja kõrge temperatuurikindlusega, muutes need ühendid atraktiivseks metalli asendavaks alternatiiviks.