Silicio karbido tankis

Silicio karbidas, dažniau vadinamas karborundu arba SiC, yra kieta keraminė medžiaga, turinti daugybę pritaikymo sričių. Ši universali medžiaga naudojama kaip abrazyvas, pasižymi plačios juostos puslaidininkių savybėmis ir gali būti gaminama net iš struktūrinių keraminių komponentų.

Gamybos metu polisiloksanai reaguoja ir pirolizuojami veikiant slėgiui, sumalami į miltelius, sukepinami, kad būtų suformuotos kietos formos, o po to šlifuojami, kad būtų galutinai suformuota mikrostruktūra. Kiekvienas etapas yra neatsiejamas šios galutinės medžiagos gamybos etapas, kurio rezultatai skiriasi priklausomai nuo taikomų formavimo metodų, kurie turi didelę įtaką mikrostruktūrai.

Teorinis tankis

Silicio karbido tankioji sudėtis lemia jo atsparumą cheminiam, terminiam ir mechaniniam poveikiui. Silicio karbidas pasižymi puikiomis kietumo ir šiluminio laidumo savybėmis, todėl yra puikus medžiagos pasirinkimas didelio našumo ir didelio įtempio srityse.

Tankesnių medžiagų atsparumas korozijai ir dėvėjimuisi yra didesnis. Be to, dėl mažo plėtimosi ir susitraukimo greičio jos geriau atlaiko ekstremalias temperatūras, todėl idealiai tinka elektros ir dujų sistemoms.

SiC taip pat labai atsparus spinduliuotei ir, palyginti su kitais puslaidininkiais, pasižymi neįprastai dideliu draustinės juostos tarpu, todėl, palyginti su kitais puslaidininkiais, jis gali veikti daug aukštesnėje temperatūroje, esant didesnei įtampai ir dažniui. Todėl SiC naudojamas įvairiose elektronikos ir pramonės srityse, įskaitant energijos gamybą, aviacijos ir automobilių pramonę.

Pasiekti didelį SiC tankį dideliems komponentams gali būti sudėtinga. Tačiau naudojant rampos suspaudimo technologiją dabar tapo įmanoma pasiekti vienodą iki 98% teorinio tankio tankį. Procesas apima submikroninio dydžio miltelių mišinio, sudaryto daugiausia iš silicio karbido su priedu, kuriame yra boro, homogeninės dispersijos sukūrimą; tada šis miltelių mišinys formuojamas į žalius kūnus, kurie sukepinami 1900-2100 laipsnių C temperatūroje kontroliuojamos atmosferos sąlygomis.

Norint užtikrinti saugų tankinimą be segregacijos grūdelių ribose, maišant miltelius reikia pridėti boro turinčių priedų, kurių kiekis atitinka vieną elementariojo boro masės dalį 100 silicio karbido dalių, kad būtų užtikrintas saugus tankinimas be segregacijos grūdelių ribose.

Fizinis tankis

Silicio karbidas (C-Si) yra dirbtinė medžiaga, sudaryta iš anglies (C) ir silicio (Si). Jis yra antras pagal kietumą po boro karbido (9 balai) ir pasižymi išskirtiniu tvirtumu, atsparumu dilimui ir korozijai; iš tikrųjų jis gali net atlaikyti fluoro vandenilio ir sieros rūgščių poveikį ir nesuirti - be to, jo netirpina vanduo, dauguma cheminių medžiagų, įskaitant šarmus! Silicio karbido, kaip inžinerinės medžiagos, universalumas taip pat daro jį populiariu tarp mokslininkų.

Kadangi švitras gali atlaikyti didelio greičio pjovimo ir šlifavimo operacijas, taip pat gali būti naudojamas abrazyviniam smėliavimui ir apdirbimui, dėl savo ilgaamžiškumo ir ekonomiškumo jis plačiai naudojamas šiuolaikiniuose lapidariniuose darbuose. Be to, jis yra svarbi žaliava šlifavimo ir poliravimo mišiniams gaminti.

Silicio karbidas tapo pagrindine kosmoso technologijų medžiaga dėl savo išskirtinio ilgaamžiškumo ir atsparumo radiacijai. Todėl iš silicio karbido pagaminti veidrodžiai tapo keleto didžiausių teleskopų, pavyzdžiui, "Herschel" ir "BepiColombo" misijų, pasirinkimu arba iš jų galima pagaminti standžius rėmus, kad jie atlaikytų Veneroje esančią temperatūrą ir viršytų lūkesčius dėl radiacijos lygio.

Naujausi eksperimentiniai duomenys rodo, kad a-SiC yra stabilus B1 fazėje esant įvairioms sąlygoms, kurios atitinka tikėtinas daug anglies turinčių egzoplanetų mantijos sąlygas, priešingai nei Žemėje, kur jis greitai suyra į silicio dioksidą ir deguonį.

Cheminis tankis

Silicio karbidas, dažniau vadinamas SiC, yra cheminis junginys, sudarytas iš silicio (atominis skaičius 14) ir anglies (atominis skaičius 6). Jis pasižymi nuo juodai žalios iki melsvai juodos spalvos vaivorykštine išvaizda ir nedegumo savybėmis; jo tankis yra 3,21 g kubiniame cm3.

Silicio karbidas natūraliai aptinkamas meteorituose, korundo telkiniuose ir kimberlito telkiniuose, tačiau didžioji dalis elektroniniuose prietaisuose naudojamo silicio karbido gaminama sintetiniu būdu. Edvardas Achesonas pirmą kartą sintetiniu būdu silicio karbidą susintetino 1891 m., kai bandė sukurti dirbtinius deimantus kaitindamas molį ir miltelių pavidalo koksą elektros lanko krosnyje; tai darydamas jis pastebėjo ryškiai žalius kristalus, panašius į deimantus, pritvirtintus prie anglies elektrodų, ir pavadino šiuos kristalus “moissanitu” pagal akmens, į kurį jie buvo panašūs, rūšį.

SiC yra puslaidininkinė medžiaga, pasižyminti itin plačiu juostiniu tarpu, todėl ji gali veikti aukštesnėje temperatūroje ir esant aukštesnei įtampai nei kitos puslaidininkinės medžiagos. Dėl puikaus šiluminio laidumo šiluma išsklaidoma greitai, o tanki kristalinė struktūra užtikrina puikų atsparumą dilimui - puikiai tinka tokioms reikmėms kaip pjovimo įrankiai.

EAG laboratorija turi daug patirties analizuojant SiC, naudojant tiek birius, tiek erdvinius analizės metodus. SiC yra labai naudinga medžiaga puslaidininkiams gaminti, nes ją galima legiruoti įvairiais elementais, kad būtų pakeistos jos elektroterminės savybės. Norint sukurti aukštos kokybės puslaidininkinius gaminius, labai svarbu užtikrinti legiruojančių medžiagų koncentraciją ir erdvinį pasiskirstymą, kartu pašalinant nepageidaujamus teršalus.

Šiluminis tankis

Silicio karbidas yra labai tanki medžiaga ir viena iš kiečiausių galimų medžiagų, todėl kaip keraminė medžiaga pasižymi puikiu atsparumu korozijai, dėl kurio galėtų sumažėti aktyvių aušinimo sistemų elektrinėse transporto priemonėse.

Silicio karbidas (SiC) yra kovalentiniu ryšiu sujungta šviesiai pilka kieta medžiaga, kurios santykinis kietumas pagal Moso skalę prilygsta deimanto kietumui. Šiomis savybėmis pasižyminčios ugniai atsparios medžiagos idealiai tinka naudoti, nes SiC pasižymi aukšta lydymosi temperatūra, šiluminiu laidumu ir mažais šiluminio plėtimosi rodikliais.

Silicio karbidą galima legiruoti azotu arba fosforu, kad susidarytų n tipo puslaidininkis, arba legiruoti beriliu, boru, aliuminiu ir kaliu, kad susidarytų p tipo puslaidininkis. Dėl plataus juostos tarpo jis gali išlaikyti tris kartus didesnę įtampą nei standartiniai silicio puslaidininkiai. Silicio karbidas tapo pagrindine elektroninių prietaisų gamybos medžiaga, nes plačiai naudojamas kaip elektroninių komponentų medžiaga.

Natūralių SiC telkinių yra tam tikruose meteoritų pavyzdžiuose, korundo telkiniuose ir kimberlite, tačiau didžioji dalis pramoninio SiC gaminama sintetiniu būdu. SSiC ir SiSiC variantai dėl savo šiluminių savybių yra vienos iš dažniausiai naudojamų medžiagų tokiomis sudėtingomis sąlygomis kaip 3D spausdinimas, balistikos gamyba, chemijos gamyba ir energetikos technologijų taikymas, taip pat vamzdžių sistemų komponentai; dėl didesnio tankio nei grynojo kvarco šie junginiai yra patrauklus metalo pakaitalas ir pasižymi geromis standumo, kietumo ir atsparumo aukštoms temperatūroms savybėmis, kurios prilygsta grynojo kvarco šiluminėms savybėms, palyginti su grynuoju kvarcu ir atsparumu aukštoms temperatūroms, todėl šie junginiai yra patraukli metalo pakaitalo alternatyva.