Piikarbidin ominaisuudet

Piikarbidi (SiC) on erittäin kestävä materiaali, jonka Mohsin asteikon kovuusluokitus on 9 ja jonka esteettisyys vetää vertoja timantille.

EAG Laboratoriesilla on laaja kokemus SiC:n analysoinnista näiden ominaisuuksien osalta bulkki- ja spatiaalisesti erotettujen analyysitekniikoiden avulla. Se voi toimia sekä sähköeristeenä että puolijohteena.

Kovuus

Piikarbidi on yksi maailman kovimmista aineista, sillä se on Mohsin asteikolla yhdeksäs ja toiseksi kovin timantin jälkeen. Boorikarbidi ja timantti ovat vielä kovempia kuin piikarbidi, ja niitä käytetään muun muassa leikkaustyökaluihin, luotiliiveihin, autonosiin ja tähtitieteellisten teleskooppien peileihin. Piikarbidin kova ja luja pinta sopii erinomaisesti käytettäväksi leikkaavina hioma-aineina ja leikkaustyökaluina, rakennemateriaaleina (luotiliivit), autonosina ja kaukoputkien käyttäminä peileinä!

Lämpöshokin kestävä keramiikka on erittäin kova, oksiditon keramiikka. Lujuutensa, korkean lämmönjohtavuutensa, alhaisen lämpölaajenemisnopeutensa ja erinomaisen hapettumiskestävyytensä ansiosta se on välttämätön tulenkestävä materiaali.

Piikarbidi (järjestysluku 14) ja hiili (järjestysluku 6) muodostavat piikarbidiksi kutsutun epäorgaanisen yhdisteen, jossa on kaksi primaarista koordinaatiotetraedriä, jotka muodostuvat kovalenttisesti sidotuista neljästä hiili- ja neljästä piiatomista, jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet toisiinsa ja jotka luovat poikkeuksellisen vahvan ja jäykän tiiviisti pinotun rakenteen, jolla on ylivoimainen lujuus ja jäykkyys; sen polytyypit voivat jopa pinoutua muodostaakseen polytyyppejä. Piikarbidi tarjoaa laajan kaistavälin puolijohdeominaisuuksia, jotka vaativat piihin verrattuna kolme kertaa vähemmän energiaa elektronien vapauttamiseen orbitaalitiloista.

Korroosionkestävyys

Piikarbidin tärkein ominaisuus on sen korroosionkestävyys. Sen lisäksi, että se kestää kaikkein aggressiivisimpia happoja (suolahappo, rikkihappo ja fluorivetyhappo), emäksiä ja liuottimia sekä hapettavia aineita, kuten typpihappoa tai höyryä, se on myös erinomainen eristysominaisuuksiltaan äärimmäisten lämpötilojen tai sähkökenttien aiheuttamia vaurioita vastaan.

Sintrattu piikarbidi tarjoaa erinomaisen lämmönkestävyyden, joka johtuu sen tiheästä luonteesta, kovuudesta, laajasta kaistalevyisestä puolijohdeominaisuudesta, joka mahdollistaa alhaisemman elektronienergiankulutuksen johtokaistan siirtymiseen, ja sen alhaisesta lämpölaajenemiskertoimesta.

Korroosionkestävyyttä voidaan parantaa myös sintrauslisäaineilla, raerajafaaseilla ja huokoisuudella; niiden tyyppi ja määrä riippuvat siitä, miten nopeasti korroosio reagoi muihin ympäristöihin.

Piikarbidin hapettumistiloja voidaan hallita hiilen passiiviaineena toimimalla, mikä auttaa vähentämään korroosionopeutta ja pidentämään tuotteen käyttöikää, kun se altistuu käytössä oleville hapettaville ympäristöille.

Lämmönjohtavuus

Piikarbidi on erittäin kova materiaali, joka sijoittuu alumiinioksidin (Mohsin asteikolla 9) ja timantin (10) väliin. Kovuuden ja lämmönkestävyyden yhdistelmän ansiosta piikarbidi on erinomainen materiaalivalinta vaativiin mekaanisiin sovelluksiin osissa, jotka on suunniteltu kestämään kulutusta kestäviä materiaaleja sekä tulenkestäviä materiaaleja.

Koska silikonikumi kestää erinomaisesti lämpöshokkeja ja sen lämpölaajenemisnopeus on alhainen, se soveltuu hyvin käytettäväksi korkealämpötilaympäristöissä ja putkijärjestelmissä käytettävissä komponenteissa.

Piikarbidia voidaan seostaa eri alkuaineilla sen elektronisten ominaisuuksien muuttamiseksi. Typen tai fosforin lisääminen muuttaa sen n-tyypin puolijohteeksi, kun taas berylliumin, boorin tai alumiinin lisääminen muuttaa sen p-tyypin puolijohteeksi.

Piikarbidin valenssi- ja johtavuuskaistojen välinen kaistanleveysero vaikeuttaa elektronien siirtymistä näiden kaistojen välillä, minkä ansiosta se kestää jopa 10 kertaa enemmän sähkökenttiä ennen kuin se haurastuu ja hajoaa kuin silikoni.

Sähkönjohtavuus

Piikarbidilla on erilaisia sähköisiä ominaisuuksia, joita voidaan räätälöidä seostamalla. Doping tarkoittaa epäpuhtauksien lisäämistä sen kiderakenteeseen, jotta muodostuu vapaita elektroneja ja aukkoja, jotka johtavat sähköä, jolloin SiC:n johtavuusarvot ovat kymmenkertaiset piihin verrattuna.

Piikarbidin sähköiset ominaisuudet määräytyvät suurelta osin sen kaistanleveyden mukaan. Tämä ero atomin valenssikaistan ja johtavuuskaistan energiatasojen välillä määrittää, kuinka paljon sähkökenttää se kestää; piikarbidilla on laajempi kaistalukko kuin piitä sisältävällä vastineellaan, minkä ansiosta se kestää lähes kaksi kertaa enemmän jännitettä.

Korkean jännitekestävyyden ansiosta neodyymi soveltuu erinomaisesti käytettäväksi sähköajoneuvojen virtalaitteissa, jotka mahdollistavat pidemmät ajomatkat ja parantavat akunhallinnan tehokkuutta. Lisäksi sen keveys verrattuna vaihtoehtoihin, kuten galliumnitridiin, antaa tehoelektroniikan valmistajille mahdollisuuden pienentää kokoa ja painoa merkittävästi samalla kun se kestää korkeita lämpötiloja minimaalisella lämpölaajenemiskertoimella.

Piikarbidin ominaisuudet

fiFinnish
Selaa alkuun