Sifat Silikon Karbida

Silicon Carbide (SiC) adalah bahan yang sangat tahan lama dengan tingkat kekerasan skala Mohs 9 yang sangat keras dan daya tarik estetika yang menyaingi berlian.

EAG Laboratories memiliki pengalaman yang luas dalam menganalisis SiC untuk sifat-sifat ini dengan menggunakan teknik analitik yang diselesaikan secara massal dan spasial. SiC dapat berfungsi sebagai isolator listrik dan semikonduktor.

Kekerasan

Silikon karbida adalah salah satu zat yang paling keras di dunia, berada di peringkat kesembilan dalam skala Mohs dan peringkat kedua setelah berlian dalam hal kekerasan. Boron karbida dan berlian bahkan lebih keras daripada silikon karbida - kegunaan lain dari bahan ini adalah sebagai alat pemotong, rompi antipeluru, suku cadang mobil, dan cermin untuk teleskop astronomi. Permukaan silikon karbida yang keras dan kuat sangat bagus untuk digunakan sebagai abrasif pemotong dan alat pemotong, bahan struktural (rompi antipeluru), suku cadang mobil dan cermin yang digunakan oleh teleskop!

Keramik tahan guncangan termal adalah keramik yang sangat keras dan tidak mudah teroksidasi. Karena kekuatannya, konduktivitas termal yang tinggi, tingkat ekspansi termal yang rendah dan ketahanan yang sangat baik terhadap oksidasi; hal ini membuatnya menjadi bahan tahan api yang sangat diperlukan.

Silikon karbida (nomor atom 14) dan karbon (nomor atom 6) membentuk senyawa anorganik yang dikenal sebagai silikon karbida, dengan dua tetrahedra koordinasi primer yang terbentuk dari empat karbon yang terikat secara kovalen dan empat atom silikon yang terikat secara kovalen, menciptakan struktur padat yang sangat kuat dan kaku dengan kekuatan dan kekakuan yang unggul; polytipenya bahkan dapat ditumpuk untuk membentuk politipe. Silikon karbida memberikan sifat semikonduktor celah pita lebar yang membutuhkan energi tiga kali lebih sedikit untuk membebaskan elektron dari keadaan orbital dibandingkan dengan silikon.

Ketahanan Korosi

Sifat silikon karbida yang paling penting adalah ketahanannya terhadap korosi. Tidak hanya tahan terhadap asam yang paling agresif (hidroklorik, sulfur dan hidrofluorik), basa dan pelarut yang dapat dibayangkan - serta media pengoksidasi seperti asam nitrat atau uap - bahkan memiliki sifat insulasi yang sangat baik terhadap kerusakan akibat suhu ekstrem atau medan listrik.

Silikon karbida yang disinter menawarkan ketahanan termal yang sangat baik karena sifatnya yang padat, kekerasan, karakteristik semikonduktor celah pita lebar yang memungkinkan konsumsi energi elektron yang lebih rendah untuk pergeseran pita konduksi, dan koefisien muai panas yang rendah.

Ketahanan korosi juga dapat ditingkatkan dengan adanya aditif sintering, fase batas butir, dan porositas; jenis dan jumlahnya tergantung pada seberapa cepat korosi bereaksi dengan lingkungan lain.

Kondisi oksidasi silikon karbida dapat dikontrol melalui tindakan karbon sebagai agen pasif, membantu mengurangi laju korosi dan memperpanjang masa pakai produk saat terpapar lingkungan pengoksidasi dalam layanan.

Konduktivitas Termal

Silikon karbida adalah bahan yang sangat keras, berada di antara alumina (9 pada skala Mohs) dan berlian (10). Karena kombinasi kekerasan dan stabilitas termalnya, silikon karbida menjadi pilihan bahan yang sangat baik untuk aplikasi mekanis yang menuntut pada komponen yang dirancang untuk menahan bahan tahan aus serta refraktori.

Selain itu, karena ketahanannya yang sangat baik terhadap guncangan termal dan tingkat ekspansi termal yang rendah, karet silikon sangat cocok untuk digunakan di lingkungan bersuhu tinggi dan komponen yang digunakan dalam sistem pipa.

Silikon Karbida dapat didoping dengan berbagai elemen untuk mengubah sifat elektroniknya. Doping dengan nitrogen atau fosfor akan mengubahnya menjadi semikonduktor tipe-n, sementara doping dengan berilium, boron, atau aluminium akan mengubahnya menjadi semikonduktor tipe-p.

Perbedaan celah pita silikon karbida antara pita valensi dan konduksi membuatnya lebih sulit bagi elektron untuk berpindah di antara kedua pita tersebut, sehingga memungkinkannya untuk menahan medan listrik hingga 10x lebih banyak sebelum menjadi rapuh dan rusak daripada silikon.

Konduktivitas Listrik

Silikon karbida menawarkan berbagai sifat listrik yang dapat disesuaikan dengan doping. Doping melibatkan penambahan pengotor ke dalam struktur kristalnya untuk membentuk elektron bebas dan lubang yang menghantarkan listrik, memberikan nilai konduktivitas SiC sepuluh kali lebih besar dari silikon.

Sifat listrik silikon karbida sebagian besar ditentukan oleh celah pita. Perbedaan antara tingkat energi pita valensi dan pita konduksi atom menentukan seberapa besar medan listrik yang dapat ditahannya; silikon karbida memiliki celah pita yang lebih lebar daripada silikon, sehingga dapat mentolerir tegangan hampir dua kali lipat.

Resistansi tegangan tinggi membuat neodymium ideal untuk digunakan pada perangkat daya kendaraan listrik, memberikan jarak tempuh yang lebih jauh dan meningkatkan efisiensi manajemen baterai. Selain itu, bobotnya yang lebih ringan dibandingkan dengan alternatif lain seperti galium nitrida memungkinkan produsen elektronika daya untuk mengurangi ukuran dan bobot secara signifikan sekaligus menahan suhu tinggi dengan koefisien ekspansi termal yang minimal.