A szilícium-karbid sűrűsége

A szilíciumkarbid, közismertebb nevén karborundum vagy SiC, egy kemény kerámiaanyag, amelynek számos alkalmazási területe van. Ez a sokoldalú anyag csiszolóanyagként szolgál, széles sávszélességű félvezető tulajdonságokkal rendelkezik, és akár szerkezeti kerámiaelemekké is gyártható.

A gyártás során a polisziloxánokat nyomás alatt reagáltatják és pirolizálják, por alakúra őrlik, szilárd alakzatokat szintereznek, majd a végső mikroszerkezeti alakítás érdekében őrlik. Minden egyes lépés szerves szerepet játszik a végső anyag előállításában, és az alkalmazott formázási módszerektől függően különböző eredmények születnek, amelyek jelentős hatással vannak a mikroszerkezetre.

Elméleti sűrűség

A szilíciumkarbid sűrű összetétele kulcsszerepet játszik abban, hogy ellenáll a kémiai, termikus és mechanikai igénybevételnek. A kiváló keménységi és hővezetési tulajdonságokkal rendelkező szilíciumkarbid kiváló anyagválasztás a nagy teljesítményű és nagy igénybevételnek kitett alkalmazásokhoz.

A sűrűbb anyagok általában nagyobb ellenállást nyújtanak a korrózióval és a kopással szemben. Továbbá alacsony tágulási/zsugorodási sebességüknek köszönhetően jobban ellenállnak a szélsőséges hőmérsékleti viszonyoknak, így ideálisak elektromos és gázrendszerekhez.

A SiC emellett rendkívül ellenálló a sugárzással szemben, és más félvezetőkhöz képest szokatlanul nagy sávszélességgel rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy társaihoz képest sokkal magasabb hőmérsékleten, feszültségen és frekvencián működjön. A SiC ezért számos elektronikai és ipari alkalmazásban megtalálható, beleértve az energiatermelést, a repülőgépgyártást és az autóiparban való felhasználást.

A SiC nagy sűrűségének elérése kihívást jelenthet a nagyméretű alkatrészek esetében. A rámpás tömörítési technológiával azonban mostanra lehetővé vált akár 98% elméleti sűrűségű egyenletes sűrűség elérése. Az eljárás során elsősorban szilíciumkarbidból és bórtartalmú adalékanyagból álló, szubmikron méretű porkeverék homogén diszperzióját hozzák létre; majd ezt a porkeveréket zöld testekké alakítják, mielőtt 1900-2100 °C-on, ellenőrzött atmoszférájú körülmények között szinterezik.

A bórtartalmú adalékanyagokat a porkeverés során olyan mennyiségben kell hozzáadni, amely 100 rész szilíciumkarbidra egy tömegrész elemi bórnak felel meg, a biztonságos sűrítés érdekében, a szemcsehatároknál történő szegregáció nélkül.

Fizikai sűrűség

A szilíciumkarbid (C-Si) egy mesterséges anyag, amely szénből (C) és szilíciumból (Si) áll. A bórkarbid után a második legkeményebb Mohs-keménységű, 9-es keménységű anyag, és kivételes szilárdságot, kopásállóságot és korrózióállóságot biztosít; valójában még a fluorvizes és kénsavas anyagokat is kibírja anélkül, hogy korrodálódna - ráadásul a víz, a legtöbb vegyszer, beleértve a lúgokat is, nem tudja feloldani! A szilíciumkarbid sokoldalúsága, mint műszaki anyag, a tudósok körében is népszerűvé teszi.

Mivel ellenáll a nagy sebességű vágási és csiszolási műveleteknek, valamint a csiszolófúvási és megmunkálási alkalmazásokhoz is használható, a csiszolást tartóssága és költséghatékonysága miatt széles körben használják a modern lapidáriumban. Ezenkívül fontos nyersanyagként szolgál a csiszoló- és polírozó vegyületek előállításához.

A szilícium-karbid kiemelkedő tartóssága és sugárzásállósága miatt az űrtechnológia elsődleges anyagává vált. Így a szilícium-karbidból készült tükrök a legnagyobb távcsövek közül többnek, például a Herschel és a BepiColombo misszióknak a választása lett, vagy akár merev keretekké is alakíthatók, hogy ellenálljanak a Vénuszon tapasztalható hőmérsékletnek és az elvárásokat meghaladó sugárzási szintnek.

A legújabb kísérleti bizonyítékok azt mutatják, hogy az a-SiC B1 fázisban stabil a szénben gazdag exobolygók várható köpenybeli körülményeinek megfelelő körülmények széles skáláján, ellentétben a földi viselkedésével, ahol gyorsan szilícium-dioxidra és oxigénre bomlik.

Kémiai sűrűség

A szilíciumkarbid, közismertebb nevén SiC, szilíciumból (14-es atomi szám) és szénből (6-os atomi szám) álló kémiai vegyület. A zöldtől a kékesfekete színig terjedő, irizáló színű, nem éghető tulajdonságokkal rendelkező anyag; sűrűsége 3,21 gramm köbcentiméterenként.

A szilícium-karbid a természetben korlátozott mennyiségben meteoritokban, korund- és kimberlit-lelőhelyeken fordul elő; az elektronikus eszközökben használt szilícium-karbid nagy részét azonban szintetikusan állítják elő. Edward Acheson először 1891-ben állított elő szintetikusan szilíciumkarbidot, amikor megpróbált mesterséges gyémántot előállítani agyag és kokszpor elektromos ívkemencében történő hevítésével; eközben észrevette, hogy szénelektródákhoz kötődve fényes zöld, gyémántra hasonlító kristályokat észlelt, és ezeket a kristályokat "moissanitnak" nevezte el a kő típusa után, amelyre hasonlítottak.

A SiC rendkívül széles sávhézaggal rendelkező félvezető anyag, amely lehetővé teszi, hogy más félvezető anyagoknál magasabb hőmérsékleten és feszültségen működjön. Kiváló hővezető képességének köszönhetően a hőelvezetés gyorsan történik, míg sűrű kristályos szerkezete kiváló kopásállóságot biztosít - tökéletes az olyan alkalmazásokhoz, mint például a vágószerszámok.

Az EAG Laboratories széleskörű tapasztalattal rendelkezik a SiC elemzésében, mind az ömlesztett, mind a térbeli felbontású analitikai technikák alkalmazásával. A SiC rendkívül hasznos anyag a félvezetők gyártásához, mivel különböző elemekkel adalékolható, így megváltoztathatók az elektrotermikus jellemzői. Az adalékanyagok koncentrációjának és térbeli eloszlásának biztosítása a nemkívánatos szennyeződések kiküszöbölése mellett a kiváló minőségű félvezető termékek előállítása szempontjából kiemelkedő fontosságú.

Termikus sűrűség

A szilícium-karbid rendkívül sűrű anyag és az egyik legkeményebb anyag, amely kerámiaanyagként kiváló korrózióállóságot biztosít, és amely esetleg csökkentheti az elektromos járművek aktív hűtőrendszereit.

A szilíciumkarbid (SiC) kovalens kötésű, világosszürke szilárd anyag, amelynek relatív keménysége a Mohs-skálán a gyémántéval egyezik meg. Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező tűzálló anyagok ideálisak a felhasználásra, mivel a SiC magas olvadásponttal, hővezető képességgel és alacsony hőtágulási sebességgel rendelkezik.

A szilícium-karbidot nitrogénnel vagy foszforral adalékolva n-típusú félvezetővé lehet tenni; vagy berilliummal, bórral, alumíniummal és galliummal adalékolva p-típusú félvezetővé. Széles sávszélessége miatt, amely lehetővé teszi, hogy háromszor nagyobb feszültséget kezeljen, mint a hagyományos szilícium félvezetők. A szilícium-karbid az elektronikus eszközök gyártásában az elektronikus alkatrészanyagként való széles körű felhasználása miatt vált a legmegfelelőbb anyaggá.

Természetes SiC-lelőhelyek léteznek bizonyos meteoritmintákban, korundlelőhelyeken és kimberlitben, de az ipari SiC nagy részét szintetikusan állítják elő. Az SSiC és SiSiC változatok a leggyakrabban használt anyagok közé tartoznak olyan igényes körülmények között, mint a 3D nyomtatás, a ballisztikai gyártás, a vegyipari gyártás és az energiatechnológiai alkalmazások, valamint a csőrendszerek alkatrészei, hőtani tulajdonságaik miatt; a tiszta kvarcnál nagyobb sűrűségük vonzó fémhelyettesítővé teszi ezeket a vegyületeket, és jó merevséggel, keménységgel és magas hőmérséklettel szembeni ellenálló képességgel rendelkeznek, amelyek a tiszta kvarc hőtani tulajdonságaival vetekednek a tiszta kvarccal és a magas hőmérséklettel szembeni ellenállással, ami vonzó fémhelyettesítő alternatívává teszi ezeket a vegyületeket.