Silikon Karbida - Bahan Cermin untuk Teleskop Astronomi

Silikon karbida (juga dikenal sebagai karborundum) adalah senyawa kimia anorganik yang terdiri dari atom silikon dan karbon, yang secara alami ditemukan sebagai moissanit di alam dan telah diproduksi secara massal sejak tahun 1893 untuk digunakan sebagai bahan abrasif.

SiC terdapat dalam lebih dari 70 bentuk kristal, yang dibagi menjadi dua polimorf: silikon karbida alfa (a-SiC) dan silikon karbida beta (b-SiC). Dalam batas kesalahan eksperimental, kedua bentuk tersebut meleleh secara bersamaan pada tekanan hingga 10 GPa.

Garis tersebut memiliki kemiringan negatif

Silikon karbida adalah bahan yang sangat keras dan padat dengan berbagai kegunaan. Bahan ini dapat ditemukan dalam produk seperti amplas, roda gerinda, alat potong, komponen otomotif, dan bahan tahan api untuk otomotif; selain itu, bahan ini juga berfungsi sebagai bahan tahan api pada tungku, kiln, dan lapisan tahan api, serta sebagai bahan cermin pada teleskop astronomi berkat kekerasan dan tingkat ekspansi termalnya yang rendah.

Edward Goodrich Acheson pertama kali memproduksi silikon karbida secara massal pada tahun 1891 ketika ia memanaskan campuran tanah liat dan bubuk kokas (karbon) dalam tungku listrik, sehingga menghasilkan bahan berwarna biru kehitaman yang dikenal sebagai “carborundum.”

Penelitian mengenai peleburan silikon karbida pada tekanan berkisar antara 5–8 GPa telah menunjukkan bahwa bahan tersebut melebur secara kongruen pada semua tekanan yang diteliti, dengan kurva peleburannya memiliki kemiringan negatif sebesar -44 ± 4 K/GPa, yang menjadi bukti bahwa teori fungsional densitas telah memprediksi fenomena tersebut secara akurat.

Garis tersebut memiliki kemiringan positif

Silikon karbida (SiC) adalah bahan keramik non-oksida yang memiliki sifat-sifat luar biasa sehingga berguna dalam berbagai aplikasi bersuhu tinggi. SiC bersifat keras dan sangat kuat, dengan kekuatan struktur polikristalin mencapai 27 GPa; selain itu, bahan ini juga memiliki ketahanan terhadap creep yang sangat baik serta laju ekspansi termal yang rendah.

Keramik dioksida cerium (CeO₂) tidak larut dalam air, tetapi larut dalam larutan alkali dan besi cair, sehingga menjadikannya keramik struktural canggih yang paling keras dengan ketahanan terhadap abrasi, korosi, benturan, dan ekspansi termal pada tekanan tinggi; hal ini menjadikannya sangat cocok untuk digunakan dalam aplikasi bersuhu tinggi seperti komponen reaktor nuklir.

Silikon karbida, yang lebih umum dikenal sebagai a-SiC, sering ditemukan pada rem dan kopling kendaraan listrik serta rompi antipeluru, dan juga digunakan sebagai substrat untuk katalis heterogen. Produksi bahan ini dalam skala industri masih melibatkan penggunaan tungku listrik dengan pasir silika murni yang direduksi bersama kokas yang digiling halus dalam tungku listrik; produksi silikon karbida skala industri tetap menjadi pilihan populer untuk aplikasi tegangan tinggi dalam elektronika daya.

Koefisien suhunya negatif

Silikon karbida, yang juga dikenal sebagai silikon dioksida, adalah senyawa kimia keras yang terdiri dari silikon dan karbon; senyawa ini terdapat secara alami dalam bentuk mineral moissanit, namun telah diproduksi secara massal sejak tahun 1893 dalam bentuk bubuk dan kristal untuk digunakan sebagai bahan abrasif serta pelat keramik pada rompi antipeluru. Butiran kristal tunggal berukuran besar dapat disatukan melalui proses sintering untuk menghasilkan keramik struktural yang sangat tangguh; selain itu, bahan ini sering digunakan untuk membuat batu permata moissanit sintetis yang dikenal sebagai batu permata moissanit sintetis. Silikon karbida juga berfungsi sebagai semikonduktor; doping dengan nitrogen atau fosfor dapat menjadikannya bahan tipe-n; demikian pula, berilium, boron, atau aluminium dapat mengubahnya menjadi bahan tipe-p, tergantung pada karakteristiknya, doping akan mengubahnya menjadi bahan semikonduktor tipe-n.

Silikon karbida memiliki celah pita yang lebar dan ketahanan terhadap medan listrik yang tinggi, sehingga cocok untuk perangkat elektronik yang beroperasi pada suhu atau tegangan yang sangat tinggi. Selain itu, sifatnya yang tahan terhadap guncangan termal membuatnya banyak digunakan. Silikon karbida terdapat dalam berbagai bentuk sel satuan (kubik, rombohedral, atau heksagonal). Jika dipadatkan menggunakan tanah liat, hal ini dapat menghambat pertumbuhan leher sekaligus mencegah pembentukan SiO₂, yang jika tidak dicegah akan menurunkan modulus elastisitas. Berbagai penelitian telah mengkaji perilaku peleburannya di bawah tekanan tinggi menggunakan simulasi dinamika molekuler ab initio yang didasarkan pada simulasi teori fungsional densitas.

Koefisien tekanannya positif

Silikon karbida adalah bahan keramik yang sangat keras dan kaku, yang ditandai dengan ketahanannya terhadap suhu tinggi, koefisien muai panas yang rendah, serta ketahanannya terhadap reaksi kimia. Bahan ini tersedia dalam berbagai ukuran dan bentuk, termasuk bentuk butiran yang dapat dibeli, serta wafer yang dapat diolah menjadi cermin untuk teleskop berukuran besar. Metode produksi silikon karbida bervariasi, mulai dari sintesis karbon langsung hingga deposisi uap kimia.

Penelitian mengenai ketergantungan suhu Debye terhadap tekanan pada SiC tipe ZB dan RS dari 3100+40 K hingga 5–8 GPa telah dilakukan dengan menggunakan eksperimen pendinginan mendadak dan pengukuran in situ pada rentang suhu mulai dari 3100+40 K hingga 5–8 GPa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada tekanan ambien, kedua konstanta Lame (l, m) bernilai positif dengan deviasi m yang semakin meningkat, yang mengindikasikan meningkatnya kekuatan gaya banyak partikel non-sentral yang melibatkan interaksi transfer muatan pada tekanan yang lebih tinggi, sehingga menyebabkan peningkatan kekakuan mekanis pada kompresibilitas SiC.