Formula Silikon Karbida

Silikon Karbida (SiC) adalah senyawa sintetis yang sangat keras dari silikon dan karbon yang terjadi secara alami sebagai permata moissanite dan, pada tingkat yang lebih kecil, dalam meteorit kondrit karbon.

Diproduksi dengan melelehkan pasir silika dan kokas pada suhu tinggi di dalam tungku listrik, kuarsa ada dalam setidaknya 70 bentuk kristal yang berbeda; bentuk alfa dengan struktur kristal heksagonal yang mirip dengan Wurtzite adalah yang paling umum.

Sifat Fisik

Silikon karbida, lebih sering disebut sebagai Carborundum, adalah senyawa keramik nonoksida dengan kekerasan luar biasa dan sifat ketahanan kimiawi yang menempati urutan kedua setelah berlian. Selain itu, silikon karbida bentuk murni tahan terhadap oksidasi pada suhu yang lebih tinggi untuk konduktivitas dan konduktivitas listrik yang lebih andal.

Panaskan pasir silika dengan karbon di dalam tungku listrik untuk menghasilkan SiC. Bahan kristal berwarna hijau hingga hitam kebiruan yang dihasilkan kemudian dapat dipisahkan ke dalam beberapa tingkatan dengan sifat fisik yang berbeda: misalnya metalurgi tingkat A memiliki lapisan kasar; sementara kristal tingkat b yang lebih halus membentuk struktur yang lebih halus.

Polytipe struktur berlapis ini menunjukkan sifat listrik, optik, dan termal yang khas. Ikatan atomnya terdiri dari empat atom silikon yang terikat dengan empat atom karbon dalam pola persegi yang tidak beraturan yang membentuk empat kristal heksagonal; hal ini memberikan sifat semikonduktor dengan celah pita yang lebar. Ekstrusi atau pengepresan isostatik dingin dapat membentuk bahan-bahan ini menjadi batang atau tabung untuk digunakan sebagai batang dan tabung.

Sifat Kimia

Silikon karbida (SiC), yang lebih sering disebut sebagai karborundum, adalah senyawa kimia yang tangguh dari silikon dan karbon dengan sifat semikonduktor celah pita yang lebar. Bersifat tahan api, SiC juga dikenal karena konduktivitas termalnya yang tinggi dan sifat pemuaian termalnya yang rendah, yang membuatnya sangat tahan terhadap guncangan termal.

Kristal SiC mengkristal dalam struktur padat dengan empat atom silikon dan empat atom karbon yang terikat dalam koordinasi tetrahedral, dan memiliki lebih dari 70 polytype; SiC alfa paling sering ditemukan pada suhu di atas 2000 derajat Celcius dengan struktur kristal heksagonal yang mirip dengan Wurtzite. Sementara itu, modifikasi beta dengan struktur kristal zincblende yang mirip dengan berlian dan pembentukan sfalerit terjadi pada suhu yang lebih rendah.

Carborundum adalah zat yang sangat langka di alam, tetapi merupakan elemen pokok dalam meteorit yang kaya akan karbon di luar angkasa. Pertama kali disintesis secara artifisial pada tahun 1891 oleh Edward Acheson sebagai bagian dari karyanya dalam memproduksi berlian buatan, bahan ini akhirnya ditemukan secara alami dalam meteorit Canyon Diablo di Arizona pada tahun 1893 dan dinamai moissanite sesuai dengan nama pemenang hadiah Nobel, Henri Moissan.

Sifat Mekanis

Silikon karbida memiliki permukaan yang sangat keras dengan peringkat skala Mohs 9 pada skala Mohs, menjadikannya keramik nonoksida paling keras dan salah satu bahan paling keras secara keseluruhan. Ini merupakan pilihan material yang sangat baik untuk aplikasi yang melibatkan keausan mekanis seperti abrasive dan refraktori sekaligus memiliki sifat termal yang baik yang tahan terhadap lingkungan bersuhu tinggi serta guncangan termal.

Silikon menggantikan separuh dari atom karbon, memberikan sifat konduksi panas yang lebih baik karena jari-jari atom yang sama antara silikon dan karbon - membantu mengurangi hamburan fonon.

Silikon karbida muncul sebagai kristal warna-warni berwarna kuning ke hijau hingga hitam kebiruan yang menyublim dengan dekomposisi pada suhu 2700 derajat Celcius. Meskipun tidak larut dalam air, SiC larut dalam alkali cair seperti NaOH dan KOH serta besi cair dan modulus Young dan kekerasannya ditentukan oleh tekstur, patahan susun, ukuran butir, dan sifat batas butirnya.

Properti Listrik

Energi celah pita silikon karbida yang lebar memungkinkannya untuk menahan suhu dan tegangan yang lebih tinggi daripada silikon, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan perangkat elektronik yang cepat namun dapat diandalkan. Selain itu, kemampuannya untuk menahan tegangan seperti itu sangat berharga dalam sistem baterai kendaraan listrik yang mengurangi ukuran dan berat dengan meniadakan inverter.

SiC adalah bahan yang populer karena kombinasi sifat keramik dan semikonduktor, yang berkontribusi pada kemajuan teknologi elektronik. Selain itu, kekerasan, kekuatan, ekspansi termal yang rendah, dan ketahanan terhadap reaksi kimia telah berkontribusi pada peningkatan popularitasnya.

Silikon karbida dibuat dengan memanaskan pasir silika murni dengan karbon dalam tungku listrik, menciptakan ingot dengan kualitas metalurgi dan abrasif yang dikenal sebagai a-SiC dan b-SiC sesuai dengan kualitas dan tujuan penggunaannya. Setelah ingot terbentuk, ingot tersebut dipotong menjadi berbagai ukuran dan bentuk tergantung pada aplikasi yang diinginkan sebelum dicampur dengan elemen tambahan seperti aluminium atau nitrogen untuk mendapatkan karakteristik yang diinginkan.