Piikarbidin tiheys

Piikarbidi, jota kutsutaan yleisesti karborundiksi tai SiC:ksi, on kova keraaminen materiaali, jolla on lukuisia sovelluksia. Tätä monikäyttöistä ainetta käytetään hioma-aineena, sillä on laajan kaistanleveyden omaavia puolijohdeominaisuuksia ja sitä voidaan jopa valmistaa keraamisiksi rakenneosiksi.

Tuotannossa polysiloksaanit reagoivat ja pyrolysoituvat paineen alaisena, jauhetaan jauhemuotoon, sintrataan kiinteiksi muodoiksi ja hiotaan lopullisen mikrorakenteen muokkaamiseksi. Jokaisella vaiheella on olennainen merkitys lopullisen materiaalin valmistuksessa, ja tulokset vaihtelevat riippuen käytetyistä muotoilumenetelmistä, joilla on merkittävä vaikutus mikrorakenteeseen.

Teoreettinen tiheys

Piikarbidin tiheällä koostumuksella on keskeinen merkitys sen kykyyn kestää kemiallista, termistä ja mekaanista rasitusta. Ylivoimaisen kovuutensa ja lämmönjohtavuutensa ansiosta piikarbidi on erinomainen materiaalivalinta korkean suorituskyvyn ja suuren rasituksen sovelluksiin.

Tiheämmät materiaalit kestävät yleensä paremmin korroosiota ja kulumista. Lisäksi niiden alhainen laajenemis- ja kutistumisnopeus mahdollistaa sen, että ne kestävät paremmin äärimmäisiä lämpötiloja, mikä tekee niistä ihanteellisia sähkö- ja kaasujärjestelmiin.

SiC on myös erittäin säteilynkestävä, ja sillä on muihin puolijohteisiin verrattuna epätavallisen suuri kaistaleveys, minkä ansiosta se voi toimia paljon korkeammissa lämpötiloissa, jännitteissä ja taajuuksilla kuin muut puolijohteet. SiC:tä käytetäänkin monissa elektroniikka- ja teollisuussovelluksissa, kuten sähköntuotannossa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ja autoteollisuudessa.

SiC:n suurten tiheyksien saavuttaminen voi olla haastavaa suurissa komponenteissa. Mutta ramppipuristustekniikan avulla on nyt mahdollista saavuttaa jopa 98%:n teoreettisen tiheyden tasainen tiheys. Prosessissa luodaan homogeeninen dispersio submikronikokoisesta jauheesta, joka koostuu pääasiassa piikarbidista ja booria sisältävästä lisäaineesta, ja muotoillaan jauheesta vihreitä kappaleita, jotka sintrataan 1900-2100 celsiusasteen lämpötilassa kontrolloidussa ilmakehässä.

Booria sisältäviä lisäaineita olisi lisättävä jauhetta sekoitettaessa määrä, joka vastaa yhtä paino-osaa alkuainemääräistä booria 100 osaa piikarbidia kohti, jotta tiivistyminen olisi turvallista ilman erottumista raerajoilla.

Fyysinen tiheys

Piikarbidi (C-Si) on keinotekoinen materiaali, joka koostuu hiilestä (C) ja piistä (Si). Sillä on toiseksi kovin Mohsin kovuusluokka boorikarbidin jälkeen (9), ja se tarjoaa poikkeuksellisen lujuuden, kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden; itse asiassa se kestää jopa altistumista fluorivetyhapolle ja rikkihapolle ilman, että se syöpyy - ja lisäksi vesi, useimmat kemikaalit, mukaan lukien emäkset, eivät voi liuottaa sitä! Piikarbidin monipuolisuus teknisenä materiaalina tekee siitä myös tutkijoiden suosiman.

Koska smirgeli kestää suurnopeusleikkaus- ja hiontatoimintoja sekä sitä käytetään hiomapuhallus- ja koneistussovelluksissa, sitä käytetään laajalti nykyaikaisessa lapidary-työssä sen kestävyyden ja kustannustehokkuuden vuoksi. Lisäksi se toimii tärkeänä raaka-aineena hioma- ja kiillotusyhdisteiden valmistuksessa.

Piikarbidista on tullut avaruusteknologian ensisijainen materiaali sen erinomaisen kestävyyden ja säteilynkestävyyden ansiosta. Piikarbidista valmistettuja peilejä käytetäänkin useissa suurimmissa teleskoopeissa, kuten Herschel- ja BepiColombo-operaatioissa, ja niistä voidaan tehdä jopa jäykkiä kehyksiä, jotka kestävät Venuksella vallitsevia lämpötiloja ja odotukset ylittäviä säteilytasoja.

Viimeaikaiset kokeelliset todisteet osoittavat, että a-SiC on stabiili B1-faasissaan laajalla alueella olosuhteissa, jotka vastaavat hiilirikkaiden eksoplaneettojen vaipan odotettuja olosuhteita, toisin kuin se käyttäytyy maapallolla, jossa se hajoaa nopeasti piidioksidiksi ja hapeksi.

Kemiallinen tiheys

Piikarbidi, yleisemmin SiC, on kemiallinen yhdiste, joka koostuu piistä (järjestysluku 14) ja hiilestä (järjestysluku 6). Se on väriltään vihreästä sinertävän mustaan vaihtelevaa ja palamatonta; sen tiheys on 3,21 grammaa kuutiosenttimetriä kohti.

Piikarbidia esiintyy luonnossa meteoriiteissa, korundiesiintymissä ja kimberliittiesiintymissä vähäisiä määriä, mutta suurin osa elektroniikkalaitteissa käytetystä piikarbidista valmistetaan kuitenkin synteettisesti. Edward Acheson syntetisoi piikarbidia synteettisesti ensimmäisen kerran vuonna 1891, kun hän yritti valmistaa keinotekoisia timantteja kuumentamalla savea ja jauhemaista koksia valokaariuunissa; näin tehdessään hän huomasi kirkkaanvihreitä, timanttia muistuttavia kiteitä kiinnittyneen hiilielektrodeihin ja nimesi nämä kiteet “moissanitiksi” sen kiven mukaan, jota ne muistuttivat.

SiC on puolijohdemateriaali, jolla on erittäin leveä kaistaväli, minkä ansiosta se voi toimia muita puolijohdemateriaaleja korkeammissa lämpötiloissa ja jännitteissä. Erinomaisen lämmönjohtavuutensa ansiosta lämpö haihtuu nopeasti, ja sen tiheä kiderakenne takaa erinomaisen kulutuskestävyyden, joka sopii erinomaisesti esimerkiksi leikkaustyökaluihin.

EAG Laboratoriesilla on laaja kokemus SiC:n analysoinnista sekä irtotavarana että alueellisesti erotetuilla analyysitekniikoilla. SiC on erittäin käyttökelpoinen materiaali puolijohteiden valmistuksessa, koska sitä voidaan seostaa eri elementeillä sen sähkötermisten ominaisuuksien muuttamiseksi. Laadukkaiden puolijohdetuotteiden valmistuksessa on ensiarvoisen tärkeää varmistaa dopingaineiden pitoisuus ja alueellinen jakautuminen sekä poistaa ei-toivotut epäpuhtaudet.

Lämpötiheys

Piikarbidi on erittäin tiheä materiaali ja yksi kovimmista saatavilla olevista aineista, joka tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden keraamisena materiaalina, joka voisi mahdollisesti vähentää sähköajoneuvojen aktiivisia jäähdytysjärjestelmiä.

Piikarbidi (SiC) on kovalenttisesti sitoutunut vaaleanharmaa kiinteä aine, jonka suhteellinen kovuus Mohsin asteikolla vastaa timanttia. Tulenkestävät aineet, joilla on nämä ominaisuudet, soveltuvat erinomaisesti käytettäviksi, koska SiC:llä on korkea sulamispiste, lämmönjohtavuus ja alhainen lämpölaajenemisnopeus.

Piikarbidi voidaan seostaa typellä tai fosforilla n-tyypin puolijohteeksi tai seostaa berylliumilla, boorilla, alumiinilla ja galliumilla p-tyypin puolijohteeksi. Koska se on laaja kaistanleveys, se pystyy käsittelemään kolme kertaa suurempaa jännitettä kuin tavalliset piipuolijohteet. Piikarbidista on tullut elektroniikkalaitteiden valmistuksessa suosittu materiaali, koska sitä käytetään laajalti elektroniikan komponenttimateriaalina.

Luonnollisia piikarbidin esiintymiä on tietyissä meteoriittinäytteissä, korundiesiintymissä ja kimberliitissä, mutta suurin osa teollisesta piikarbidista on synteettisesti tuotettua. SSiC- ja SiSiC-muunnokset ovat lämpöominaisuuksiensa ansiosta yleisimmin käytettyjä materiaaleja vaativissa olosuhteissa, kuten 3D-tulostuksessa, ballistisessa tuotannossa, kemiallisessa tuotannossa ja energiateknologian sovelluksissa sekä putkijärjestelmien komponenteissa; niiden korkeampi tiheys kuin puhtaalla kvartsilla tekee näistä yhdisteistä houkuttelevan metallin korvaajan, ja ne tarjoavat hyviä jäykkyys-, kovuus- ja korkean lämpötilan kestävyysominaisuuksia, jotka kilpailevat puhtaan kvartsin lämpöominaisuuksien kanssa verrattuna puhtaaseen kvartsiin ja korkean lämpötilan kestävyyteen, mikä tekee näistä yhdisteistä houkuttelevia metallin korvaajan vaihtoehtoja.