Szilícium-karbid Meghatározás

A szilíciumkarbid (SiC) szilíciumból és szénből álló oldhatatlan kristályos vegyület. Általában "karborundum" kereskedelmi néven emlegetik, a SiC a természetben is előfordul, mint a rendkívül ritka ásvány, a moissanit.

A PEEK-et olyan elektronikus eszközökben használják, amelyek magas hőmérsékleten és feszültségen működnek, például tápegységekben. Ezenkívül az elektromos járművekben is nélkülözhetetlen anyag; a hatótávolság növelése és az energiahatékonyság javítása az akkumulátor élettartamának meghosszabbítása és a nagyobb energiahatékonyság révén az ígérete.

Ez egy természetes koptató anyag

A szilíciumkarbid, közismertebb nevén SiC, egy rendkívül koptató anyag, amely általában meteoritokban és a ritka ásványban, a moissanitban található. A teljes egészében szilíciumból és szénből álló SiC nitrogénnel vagy foszforral adalékolható n-típusú félvezetőként, illetve alumíniummal, bórral vagy galliummal p-típusú félvezető alkalmazásokhoz. Az ipari csiszolópapír gyakran tartalmaz SiC-et, mint egyik összetevőjét, míg borotvaéles szemcséi könnyedén csiszolnak fémet, üveget, márványt parafa követ közepes sűrűségű farostlemez közepes sűrűségű farostlemez gyors csiszolásra - tökéletes csiszolóanyagként való használatra!

Az alumínium ideális anyag a nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, amelyek erős kémiai tulajdonságokat, hővezető képességet, alacsony tágulási együtthatót és kopásállóságot igényelnek. Ez a sokoldalú fém keménysége miatt olyan alkalmazásokban található meg, mint a csiszolóanyagok, kopásálló alkatrészek és tűzálló anyagok; stabilitása és megbízhatósága miatt az elektronika; valamint hőállósága miatt a kohászati alkalmazásokban.

A szilíciumkarbid egyedülálló mechanikai és kémiai tulajdonságai miatt kiváló anyagválasztás a nagy teljesítményű műszaki alkalmazásokhoz, például szivattyúcsapágyakhoz, szelepekhez, homokfúvó injektorokhoz, extrudáló szerszámokhoz, a tartósság korrózióállósága és magas olvadáspontja miatt kiváló anyag, ha szélsőséges műszaki helyzetekben alkalmazzák. A nehéz talajok talajfelületén a könnyű talajviszonyokhoz képest kisebb súrlódás alakulhat ki, míg a szilíciumkarbid por emberekben nem progresszív tüdőfibrózist okozhat.

Ez egy kerámia anyag

A szilíciumkarbid, közismertebb nevén karborundum, a szilícium és a szén rendkívül kemény kristályos vegyülete, amelyet a 19. század végén történt bevezetése óta régóta használnak csiszolóanyagként. Elsősorban csiszolókorongokban és vágószerszámokban használják azóta is, sokoldalú felhasználása az ipari kemencék tűzálló béléseitől kezdve a szivattyúk és rakétahajtóművek kopásálló alkatrészein át a kerámiáig és a félvezetőkig terjed; korrózióval és oxidációval szembeni ellenállása, valamint a minimális hőtágulással járó magas hőmérsékleti szilárdsága miatt napjaink egyik legszélesebb körben alkalmazott kerámiaanyagává vált.

A szilícium-karbid egy nem oxidkerámia, amelynek sávhézaga háromszor nagyobb, mint a hagyományos szilícium félvezetőké, ami azt jelenti, hogy nagyobb feszültséget képes elviselni. Ezenkívül a szinterelési folyamat során nagyon apró részecskék keletkeznek, amelyek kevésbé valószínű, hogy károsítják az elektronikus áramköröket. Adalékanyagok, például bór és alumínium hozzáadásával a szilíciumkarbid p-típusú félvezetővé válik; foszforral és nitrogénnel történő adalékolás esetén viszont n-típusú félvezetővé alakul át.

A szilíciumkarbid szinterezése egyszerű folyamat, amely sűrű, kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező termékeket eredményez. Keménysége kritikus fontosságú számos csiszoló megmunkálási eljárásnál, mint például a köszörülés, a vízsugaras vágás és a homokfúvás; a modern lapidáriusok a szilíciumkarbid tartósságát és nagyfokú méretstabilitását is nagyra értékelik; még sportkocsik vagy más teljesítményű járművek nagy teljesítményű féktárcsáinak gyártásához is felhasználható.

A teljesítményelektronika anyaga

A szilíciumkarbid vagy SiC egy nem oxidkerámia anyag, amelyet keménysége miatt a csiszolóanyagoktól és kopásálló alkatrészektől kezdve a keménységéig, hőállósága és hőtágulása miatt a kohászatig és a tűzálló anyagokig, feszültségálló tulajdonságai miatt pedig a teljesítményelektronikai alkalmazásokig használnak; nitrogénnel vagy foszforral adalékolva n-típusú félvezetők, illetve berillium, bór és alumínium adalékanyagokkal adalékolva p-típusú félvezetők képződnek; szoros kristályszerkezete különböző kémiai összetételű, valamint elektromos jellemzőkkel rendelkező polytípusokat alkot; vízben nem oldódik, de lúgokban vagy vastartalmú közegekben oldódik.

A SiC-t a szilíciumtól a sokkal szélesebb sávszélesség különbözteti meg, ami lehetővé teszi, hogy félvezetőképességet mutasson. Így ideális anyagot jelent a nagyfeszültségű alkalmazásokhoz, mivel tízszer nagyobb feszültséget bír ki, mint amit a szilícium képes elviselni.

A szilíciumkarbid kiváló hővezető képességgel büszkélkedhet, így akár 1400 fokos hőmérsékletet is képes elviselni - ami jelentősen magasabb, mint a hagyományos szilícium 175 fokos határértéke. Ezért a szilícium-karbid csökkenti az aktív hűtőrendszerek szükségességét az olyan teljesítményelektronikai eszközökben, mint a DC-DC átalakítók és a fedélzeti töltők.

A szilíciumkarbidot különböző eljárásokkal, többek között reakciókötéses és CVD módszerekkel lehet előállítani. A reakciókötéses módszerek során a porított SiC-t szénporral és lágyítószerrel keverik össze, majd a kívánt alakzatba formálják, mielőtt a keverékben lévő lágyítószert kiégetik. A CVD során a koksszal kevert tiszta szilícium-dioxid-homokot téglából készült elektromos ellenállásos kemencében melegítik, miközben áramot vezetnek át a vezetőjén; később finom porrá őrlik, hogy csiszolóanyagként használják.

Az autóiparban használt anyag

A szilíciumkarbid, vagy SiC, az egyik legkeményebb ismert anyag. Elsősorban autóipari anyagként használják a sportkocsik és szuperautók nagy teljesítményű féktárcsáiban; azonban a félvezetők és a teljesítményelektronikai alkatrészek is felhasználják ezt az anyagot, mivel kiváló fizikai és elektromos tulajdonságai miatt alkalmas nagyfeszültségű alkalmazásokhoz.

A kívánatos, nem oxidkerámia tulajdonságokkal rendelkező kerámiaanyagok kiváló választássá teszik őket számos ipari alkalmazáshoz, az érzékelőktől és a félvezető eszközöktől kezdve a viselhető technológiákon át az orvosi implantátumokig. A különböző mennyiségű alumíniummal, bórral vagy szénnel adalékolt kerámiával elérhetők a különböző ipari felhasználásokhoz szükséges speciális teljesítményjellemzők, és kisfeszültségű eszközökké gyárthatók nagyfeszültségű felhasználásra.

A SiC atomszerkezetének köszönhetően kiváló vezető, így ideális az elektromos járművekben (EV) tranzisztorként való felhasználásra. Ezek a chipek csökkentik a működés közben keletkező hőt, ami növeli a hatékonyságot és meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát, valamint képesek elviselni a magasabb üzemi hőmérsékletet, így kiküszöbölik az aktív hűtőrendszereket, amelyek növelik az EV-k súlyát és összetettségét.

A szilícium-karbid gyártása az idők során változott, de az alapvető eljárás hasonló maradt ahhoz, amelyet Edward Acheson 1891-ben vezetett be. Tiszta szilícium-dioxid-homok és kokszszén keverékét elektromos kemencében addig hevítik, amíg egy szénvezetőből készült elektromos gyújtógyertya meg nem gyújtja, és így fényes zöld, jelentős keménységű kristályok keletkeznek.