Szilícium-karbid tulajdonságai

A szilíciumkarbid (SiC) egy rendkívül tartós anyag, amely a Mohs-skála szerint 9-es keménységű, és esztétikailag a gyémántéval vetekszik.

Az EAG Laboratories széleskörű tapasztalattal rendelkezik a SiC ilyen tulajdonságainak elemzése terén, ömlesztett és térbeli felbontású analitikai technikák alkalmazásával. Egyaránt szolgálhat elektromos szigetelőként és félvezetőként.

Keménység

A szilíciumkarbid a világ egyik legkeményebb anyaga, a Mohs-skálán a kilencedik helyen áll, és keménységét tekintve a második a gyémánt után. A bórkarbid és a gyémánt még a szilíciumkarbidnál is keményebb - egyéb felhasználási területei közé tartoznak a vágószerszámok, a golyóálló mellények, az autóalkatrészek és a csillagászati távcsövek tükrei. A szilíciumkarbid kemény és erős felülete kiválóan alkalmas vágócsiszoló és vágószerszámok, szerkezeti anyagok (golyóálló mellények), autóalkatrészek és távcsövek által használt tükrök felhasználására!

A hősokkálló kerámia egy rendkívül kemény, nem oxidos kerámia. Szilárdsága, nagy hővezető képessége, alacsony hőtágulási sebessége és kiváló oxidációval szembeni ellenállása miatt; ez teszi nélkülözhetetlen tűzálló anyaggá.

A szilíciumkarbid (14-es atomi szám) és a szén (6-os atomi szám) szilíciumkarbid néven ismert szervetlen vegyületet alkot, amelynek két elsődleges koordinációs tetraéderét kovalensen kötött négy szén- és négy szilíciumatom alkotja, kovalensen összekapcsolódva, kivételesen erős és merev, szoros kötésű, kiemelkedő szilárdságú és merevségű szerkezetet hozva létre; többtípusai akár többtípusúvá is halmozódhatnak. A szilíciumkarbid széles sávhézagú félvezető tulajdonságokkal rendelkezik, és a szilíciumhoz képest háromszor kevesebb energiát igényel az elektronok pályaállapotokból való kiszabadításához.

Korrózióállóság

A szilíciumkarbid legfontosabb tulajdonsága a korrózióval szembeni ellenállás. Nemcsak a legagresszívabb savakkal (sósav, kénsav és fluorvegyület), lúgokkal és oldószerekkel szemben ellenálló, hanem az olyan oxidáló közegekkel szemben is, mint a salétromsav vagy a gőz, de még a szélsőséges hőmérséklet vagy az elektromos mezők okozta károsodással szemben is kiváló szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik.

A szinterezett szilíciumkarbid kiváló hőállóságot biztosít sűrűségének, keménységének, széles sávszélességű félvezető tulajdonságainak, amelyek lehetővé teszik a vezetési sáv eltolódásához szükséges alacsonyabb elektronenergia-felhasználást, valamint alacsony hőtágulási együtthatójának köszönhetően.

A korrózióállóság a szinterelési adalékanyagok, a szemcsehatár fázisok és a porozitás jelenlétével is fokozható; ezek típusa és mennyisége attól függ, hogy a korrózió milyen gyorsan reagál más környezetekkel.

A szilícium-karbid oxidációs állapota a szén passziválószerként való viselkedése révén szabályozható, ami segít csökkenteni a korrózió mértékét és meghosszabbítja a termék élettartamát, amikor az üzem közbeni oxidáló környezetnek van kitéve.

Hővezető képesség

A szilíciumkarbid rendkívül kemény anyag, valahol a timföld (9 a Mohs-skálán) és a gyémánt (10) között helyezkedik el. Keménységének és hőstabilitásának kombinációja miatt a szilíciumkarbid kiváló anyagválasztás igényes mechanikai alkalmazásokhoz a kopásálló anyagokkal szemben ellenálló alkatrészekhez, valamint tűzálló anyagokhoz.

A szilikongumi kiváló hőállósága és alacsony hőtágulási sebessége miatt a magas hőmérsékletű környezetekben és csőrendszerekben használt alkatrészeknél is jól alkalmazható.

A szilícium-karbidot különböző elemekkel lehet adalékolni, hogy megváltoztassák elektronikus tulajdonságait. A nitrogénnel vagy foszforral történő dózerolás n-típusú félvezetővé, míg a berilliummal, bórral vagy alumíniummal történő dózerolás p-típusú félvezetővé alakítja át.

A szilíciumkarbid sávhézagának a valencia- és vezetési sávok közötti különbsége miatt az elektronok nehezebben váltanak a két sáv között, így a szilíciumkarbid akár 10-szer több elektromos mezőt képes elviselni, mielőtt törékennyé válna és tönkremenne, mint a szilikon.

Elektromos vezetőképesség

A szilícium-karbid számos elektromos tulajdonságot kínál, amelyek adalékolással testre szabhatók. A dúsítás során a kristályszerkezetbe szennyeződéseket adnak, hogy szabad elektronokat és lyukakat képezzenek, amelyek vezetik az elektromosságot, így a SiC vezetőképessége tízszer nagyobb lesz, mint a szilíciumé.

A szilíciumkarbid elektromos tulajdonságait nagymértékben meghatározza a sávhézag. Az atom valenciasávjának és vezetési sávjának energiaszintjei közötti különbség határozza meg, hogy mekkora elektromos teret képes elviselni; a szilícium-karbid szélesebb sávhézaggal büszkélkedhet, mint szilícium társa, így csaknem kétszer akkora feszültséget képes elviselni.

A nagy feszültségállóság miatt a neodímium ideális az elektromos járművek tápegységében való felhasználásra, ami hosszabb vezetési távolságot és nagyobb akkumulátor-kezelési hatékonyságot biztosít. Továbbá, az alternatívákhoz, például a gallium-nitridhez képest kisebb súlya lehetővé teszi a teljesítményelektronikai gyártók számára, hogy jelentősen csökkentsék a méretet és a súlyt, miközben minimális hőtágulási együtthatóval ellenáll a magas hőmérsékleteknek.