Kepadatan Silikon Karbida

Silikon karbida, lebih sering disebut sebagai Carborundum atau SiC, adalah bahan keramik keras dengan banyak aplikasi. Bahan serbaguna ini berfungsi sebagai bahan abrasif, memiliki sifat semikonduktor celah pita yang lebar dan bahkan dapat dibuat menjadi komponen keramik struktural.

Produksi melibatkan reaksi dan pirolisis polisiloksan di bawah tekanan, digiling menjadi bubuk, disinter untuk membentuk bentuk padat, kemudian digiling untuk pembentukan mikrostruktur akhir. Setiap langkah memainkan peran penting dalam memproduksi bahan akhir ini dengan hasil yang berbeda tergantung pada metode pembentukan yang digunakan - dan hal ini memiliki pengaruh yang signifikan terhadap struktur mikro.

Kepadatan Teoritis

Komposisi silikon karbida yang padat memainkan peran penting dalam kemampuannya untuk menahan tekanan kimia, termal, dan mekanis. Dengan sifat kekerasan dan konduktivitas termal yang unggul, silikon karbida menjadi pilihan material yang sangat baik untuk aplikasi berkinerja tinggi dan tekanan tinggi.

Bahan yang lebih padat cenderung menawarkan ketahanan yang lebih besar terhadap korosi dan keausan. Selain itu, tingkat pemuaian/penyusutan yang rendah memungkinkannya lebih tahan terhadap suhu ekstrem - menjadikannya ideal untuk sistem listrik dan gas.

SiC juga sangat tahan terhadap radiasi dan memiliki celah pita yang luar biasa besar dibandingkan dengan semikonduktor lainnya, sehingga memungkinkannya untuk beroperasi pada suhu, tegangan, dan frekuensi yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan rekan-rekannya. Oleh karena itu, SiC dapat ditemukan digunakan di berbagai aplikasi elektronik dan industri termasuk pembangkit listrik, ruang angkasa, dan otomotif.

Mencapai kepadatan SiC yang tinggi dapat menjadi tantangan untuk komponen besar. Tetapi dengan teknologi kompresi ramp, mencapai kepadatan seragam hingga 98% dari kepadatan teoretis kini menjadi mungkin. Prosesnya melibatkan pembuatan dispersi homogen campuran bubuk berukuran submikron yang terutama terdiri dari silikon karbida dengan aditif yang mengandung boron; kemudian membentuk campuran bubuk ini menjadi benda hijau sebelum disinter pada suhu 1900 derajat-2100 derajat C dalam kondisi atmosfer yang terkendali.

Aditif yang mengandung boron harus ditambahkan selama pencampuran bubuk dalam jumlah yang setara dengan satu bagian berat unsur boron per 100 bagian silikon karbida, untuk pemadatan yang aman tanpa pemisahan pada batas butir.

Kepadatan Fisik

Silikon karbida (C-Si) adalah bahan buatan yang terdiri dari karbon (C) dan silikon (Si). Silikon karbida memiliki peringkat kekerasan Mohs terkeras kedua setelah boron karbida, yaitu 9 dan menawarkan kekuatan yang luar biasa, ketahanan terhadap keausan dan ketahanan terhadap korosi; bahkan, silikon karbida bahkan dapat menahan paparan asam fluorida dan asam sulfat tanpa mengalami korosi - ditambah air, sebagian besar bahan kimia, termasuk alkali, tidak dapat melarutkannya! Keserbagunaan silikon karbida sebagai bahan teknik juga membuatnya populer di kalangan ilmuwan.

Karena dapat menahan operasi pemotongan dan penggerindaan berkecepatan tinggi, serta digunakan untuk aplikasi peledakan dan pemesinan abrasif, ampelas digunakan secara luas untuk pekerjaan lapidary modern karena daya tahan dan efektivitas biayanya. Selain itu, ampelas juga berfungsi sebagai bahan baku penting dalam memproduksi senyawa penggerindaan dan pemolesan.

Silikon karbida telah muncul sebagai bahan utama teknologi ruang angkasa karena daya tahan dan ketahanan tingkat radiasinya yang luar biasa. Oleh karena itu, cermin yang terbuat dari silikon karbida telah menjadi pilihan beberapa teleskop terbesar, seperti misi Herschel dan BepiColombo, atau bahkan dapat dibuat menjadi bingkai yang kaku untuk menahan suhu yang ditemukan di Venus dan tingkat radiasi yang melebihi ekspektasi.

Bukti eksperimental terbaru menunjukkan bahwa a-SiC stabil dalam fase B1 pada rentang kondisi yang luas yang sesuai dengan kondisi mantel yang diharapkan dari exoplanet kaya karbon, berbeda dengan perilakunya di Bumi di mana ia terurai dengan cepat menjadi silika dan oksigen.

Kepadatan Kimia

Silikon karbida, lebih sering disebut sebagai SiC, adalah senyawa kimia yang terdiri dari silikon (nomor atom 14) dan karbon (nomor atom 6). Silikon karbida memiliki penampilan warna-warni hijau hingga hitam kebiruan dengan fitur tidak mudah terbakar; densitasnya mencapai 3,21 gram per cm3 kubik.

Silikon karbida terjadi secara alami dalam meteorit, endapan korundum, dan endapan kimberlite dalam jumlah terbatas; namun, sebagian besar silikon karbida yang digunakan dalam perangkat elektronik diproduksi secara sintetis. Edward Acheson pertama kali mensintesis silikon karbida secara sintetis pada tahun 1891 ketika ia mencoba membuat berlian buatan dengan memanaskan tanah liat dan kokas bubuk di dalam tungku busur listrik; ketika melakukan hal ini, ia melihat kristal hijau terang yang terlihat mirip dengan berlian yang menempel pada elektroda karbon dan menamai kristal tersebut “moissanite” sesuai dengan jenis batu yang diserupakan.

SiC adalah bahan semikonduktor dengan celah pita yang sangat lebar, sehingga memungkinkannya beroperasi pada suhu dan tegangan yang lebih tinggi daripada bahan semikonduktor lainnya. Karena konduktivitas termalnya yang sangat baik, pembuangan panas terjadi dengan cepat sementara struktur kristalnya yang padat memberikan ketahanan aus yang unggul - sempurna untuk aplikasi seperti alat pemotong.

EAG Laboratories memiliki pengalaman yang luas dalam menganalisis SiC dengan menggunakan teknik analisis massal dan spasial. SiC adalah bahan yang sangat berguna untuk memproduksi semikonduktor karena dapat didoping dengan berbagai elemen untuk mengubah karakteristik elektrotermal. Memastikan konsentrasi dan distribusi spasial dopan sambil menghilangkan kontaminan yang tidak diinginkan adalah yang terpenting dalam menciptakan produk semikonduktor berkualitas tinggi.

Kepadatan Termal

Silikon karbida adalah bahan yang sangat padat dan salah satu zat yang paling keras yang tersedia, memberikan ketahanan korosi yang sangat baik sebagai bahan keramik yang mungkin dapat mengurangi sistem pendingin aktif pada kendaraan listrik.

Silikon Karbida (SiC) adalah padatan abu-abu muda yang terikat secara kovalen dengan kekerasan relatif seperti berlian pada skala Mohs. Refraktori yang memiliki sifat-sifat ini sangat ideal untuk digunakan karena SiC memiliki titik leleh yang tinggi, konduktivitas termal, dan tingkat ekspansi termal yang rendah.

Silikon Karbida dapat didoping dengan nitrogen atau fosfor untuk membentuk semikonduktor tipe-n; atau didoping dengan berilium, boron, aluminium, dan galium untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena celah pita yang lebar yang memungkinkannya menangani tegangan tiga kali lebih tinggi daripada semikonduktor silikon standar. Silikon Karbida telah menjadi bahan utama untuk produksi perangkat elektronik karena penggunaannya yang luas sebagai bahan komponen elektronik.

Deposit SiC alami terdapat pada sampel meteorit tertentu, deposit korundum, dan kimberlite, tetapi sebagian besar SiC industri diproduksi secara sintetis. Varian SSiC dan SiSiC adalah salah satu bahan yang paling sering digunakan untuk kondisi yang menuntut seperti pencetakan 3D, produksi balistik, produksi kimia dan aplikasi teknologi energi serta komponen sistem pipa karena sifat termalnya; densitasnya yang lebih tinggi daripada kuarsa murni membuat senyawa ini menjadi pengganti logam yang menarik dan menawarkan sifat kekakuan, kekerasan, dan ketahanan suhu tinggi yang baik yang menyaingi sifat termal kuarsa murni dibandingkan dengan kuarsa murni dan ketahanan suhu tinggi membuat senyawa ini menjadi alternatif pengganti logam yang menarik.