Mire használják a szilícium-karbidot?

A szilíciumkarbidnak számos alkalmazása van, és csiszolóanyagok, kerámiapor és golyóálló páncél formájában is megjelenik.

A karborundum (SiC), a szilícium és a szén kristályos vegyülete az egyik legkeményebb ismert anyag, amely egyedi tulajdonságai révén számos iparágban hasznosítható.

Csiszolóanyag

A szilíciumkarbid kemény és rideg, ezért hatékony csiszolóanyag. A gyártók olyan termékek előállításához használják, mint a csiszolópapír; ez az anyag különböző szemcseméretekben kapható a durvától a nagyon finom szemcseméretig a csiszolási műveletekhez, a durvábbakat a kezdeti csiszolási műveletek során nagy mennyiségű anyag eltávolítására használják, míg a finomabbak a munkadarab felületét csiszolják a sima felület előállítása érdekében.

A csiszoló szilíciumkarbidot nagy állóképességet igénylő termékekben használják, például autófékekben és golyóálló mellényekben használt kerámialemezekben. Ezenkívül ez az anyag olyan kompozit anyagokban is megtalálható, mint a szénszál-erősítésű szilíciumkarbid (CFRC).

Tűzálló

A szilíciumkarbid nélkülözhetetlen nyersanyag a tűzálló anyagok gyártásában. Stabil kémiai tulajdonságai, nagy hővezető képessége, kis hőtágulási együtthatója és kiváló kopásállósága révén ideális anyagot képez a magas hőmérsékletnek ellenálló csiszolóanyagok, például szalagcsiszolóanyagok, csiszolópapír, csiszolókorongok és olajkő szerszámok, valamint monokristályos szilícium/polikristályos szilícium szerszámgépek előállításához.

A fém nagyon kemény és törékeny, ugyanakkor nagy hő- és mechanikai stabilitással rendelkezik. Szén- és oxigénatomokkal körülvett szilíciumatomokból áll, összetétele miatt ellenáll a hőnek és a mechanikai igénybevételnek, valamint lenyűgöző olvadáspontja van.

A tiszta szilíciumkarbid színtelen; az ipari minőségek színe a barnától a feketéig terjedhet a vas-, alumínium-, nitrogén- vagy szabad széntartalom miatt. Léteznek olyan dózolási módszerek, amelyek különböző félvezetőket hoznak létre: például az n-típusú szilíciumkarbidot nitrogénnel vagy foszforral, míg a p-típusú változatokat alumínium, bór vagy gallium adalékanyagokkal lehet doppingolni.

Golyóálló páncél

A szilícium-karbid az egyik legkeményebb anyag a Földön. Ezáltal ideális a rendőrök és a katonák által viselt golyóálló mellényekhez, hőtani tulajdonságai pedig ellenállóvá teszik a hővel szemben.

Az ehhez hasonló kerámiaanyagok köztudottan erősek. Továbbá a kerámia kiválóan vezeti a hőt és az elektromosságot - ami tökéletessé teszi az olyan elektronikus alkalmazásokhoz, mint a teljesítménytranzisztorok. Továbbá a korrózióállóság egy másik előnye.

A tiszta szilíciumkarbid többrétegű szerkezettel rendelkezik, és különböző polytípusok vagy fajták léteznek, amelyeket a rétegződési sorrendjük különböztet meg, amely minden típusnak egyedi fizikai jellemzőt ad - például egyes formák négy szénatom közötti kovalens kötést tartalmaznak, amelyek kovalensen kapcsolódnak egy szilíciumatomhoz, bonyolult hálózati szerkezetet alkotva.

A moissanitot szintetikusan állítják elő, és a természetben csak ritkán fordul elő, bár kis mennyiségben előfordulhat moissanit ékszerként. A moissanit alapvető szerepet játszik az elektromos járművekben, mivel a magas hőmérsékletet elviselő képessége lehetővé teszi, hogy a járművek energiatakarékosabbak legyenek, miközben csökken a súlyt, költséget és bonyolultságot növelő aktív hűtőrendszerek száma.

Félvezető

A szilícium-karbid kerámiák sokoldalúan felhasználható nemoxid-kerámiák, amelyeket mechanikai és termikus szilárdságot egyaránt igénylő alkalmazásokban használnak, például kopásálló alkatrészekben; hőálló tűzálló anyagokban; hőtágulás szabályozására szolgáló tűzálló anyagokban; és magas hőmérsékleten vagy feszültségen működő félvezető elektronikai eszközökben. A szilíciumkarbid keménysége alkalmassá teszi ezekre a felhasználási célokra, míg hővezető képessége hatékony hőálló anyaggá teszi. Felhasználási területeinek széles skálája túlmutat a mechanikai alkalmazásokon; néhány példa: csiszolóanyagok; kopásálló alkatrészek; hőálló tűzálló anyagok; és magas hőmérsékleten, illetve feszültségen működő félvezető elektronikai eszközök.

A kristályos szilíciumkarbid egy szoros kötésű, kovalens kötésű atomokból álló szerkezetben képződik, amelyek két elsődleges koordinációs tetraédert alkotnak, amelyek négy szilícium- és négy szénatomból állnak, ami hihetetlen keménységet és szilárdságot kölcsönöz neki. Sajnos vízben vagy alkoholban nem oldódik, de ellenáll a legtöbb szerves és szervetlen savnak/sónak (kivételt képeznek a fluorvizes sav és a savas fluoridok).

A szilícium-karbid félvezetők széles sávhézaggal büszkélkedhetnek, amely lehetővé teszi, hogy az egyenértékű szilícium (Si) félvezetőknél sokkal kisebb és hatékonyabb eszközök készüljenek, ami megnyitja a lehetőséget az elektromos járművek teljesítményelektronikájában, valamint az ipari folyamatok digitalizálási folyamatainak támogatására.