Silicio karbido formulė

Silicio karbidas (SiC) yra itin kietas sintetinis silicio ir anglies junginys, natūraliai randamas kaip brangakmenis moisanitas ir, mažesniu mastu, anglinguose chondritiniuose meteorituose.

Kvarcas, gaminamas lydant kvarcinį smėlį ir koksą aukštoje temperatūroje elektrinėje krosnyje, yra mažiausiai 70 skirtingų kristalinių formų; labiausiai paplitusi yra alfa forma su šešiakampio kristaline struktūra, panašia į vurcitą.

Fizikinės savybės

Silicio karbidas, dažniau vadinamas karborundu, yra nonooksidinis keramikos junginys, pasižymintis išskirtiniu kietumu ir atsparumu cheminėms medžiagoms, nusileidžiantis tik deimantui. Be to, grynos formos silicio karbidas yra atsparus oksidacijai aukštesnėje temperatūroje, todėl patikimiau užtikrina elektros laidumą ir laidumą.

Elektrinėje krosnyje kaitinkite kvarcinį smėlį su anglimi, kad gautumėte SiC. Gautą žalią arba melsvai juodą kristalinę medžiagą galima suskirstyti į skirtingas fizikines savybes turinčias rūšis: pavyzdžiui, A metalurginės rūšies medžiaga turi stambius sluoksnius, o b rūšies kristalai sudaro lygesnes struktūras.

Šių daugiasluoksnių struktūrų tipai pasižymi savitomis elektrinėmis, optinėmis ir šiluminėmis savybėmis. Jų atomines jungtis sudaro keturi silicio atomai, sujungti su keturiais anglies atomais netaisyklingo kvadrato forma, sudarančia keturis šešiakampius kristalus; tai užtikrina plačios juostos sandūros puslaidininkių savybes. Ekstruzijos būdu arba šaltuoju izostatiniu presavimu šios medžiagos gali būti formuojamos į strypus ar vamzdelius, skirtus naudoti kaip strypai ir vamzdeliai.

Cheminės savybės

Silicio karbidas (SiC), dažniau vadinamas karborundu, yra kietas cheminis silicio ir anglies junginys, pasižymintis plačios draustinės juostos puslaidininkio savybėmis. Ugniai atsparus SiC taip pat pasižymi dideliu šilumos laidumu ir mažo šiluminio plėtimosi savybėmis, dėl kurių yra labai atsparus šiluminiams smūgiams.

Kristalinis SiC kristalizuojasi glaudžiai surišta struktūra, kurioje keturi silicio ir keturi anglies atomai yra susieti tetraedrinėje koordinacijoje, ir turi daugiau kaip 70 politipų; alfa SiC dažniausiai aptinkamas aukštesnėje kaip 2000 laipsnių temperatūroje, o jo kristalinė struktūra yra šešiakampė, panaši į vurcito. Tuo tarpu beta modifikacija su cinkblende kristaline struktūra, panašia į deimanto ir sfalerito susidarymą, pasitaiko žemesnėse temperatūrose.

Karborundas yra itin reta medžiaga gamtoje, tačiau pagrindinis elementas daug anglies turinčiuose kosminiuose meteorituose. Pirmą kartą šią medžiagą 1891 m. dirbtinai susintetino Edwardas Achesonas, gamindamas dirbtinius deimantus. 1893 m. ši medžiaga buvo natūraliai aptikta Arizonos Kanjono Diablo meteorite ir Nobelio premijos laureato Henri Moissano garbei pavadinta moisanitu.

Mechaninės savybės

Silicio karbido paviršius yra labai kietas - pagal Moso skalę jis įvertintas 9 balais, todėl yra kiečiausia nonooksidinė keramika ir viena iš kiečiausių medžiagų apskritai. Tai puiki medžiaga, kurią galima naudoti mechaninio dilimo srityse, pavyzdžiui, abrazyvams ir ugniai atsparioms medžiagoms, ir kuri pasižymi geromis šiluminėmis savybėmis, atspariomis aukštoms temperatūroms ir šiluminiam smūgiui.

Pusę anglies atomų pakeičia silicis, todėl dėl panašaus silicio ir anglies atomų spindulio pagerėja šilumos laidumo savybės, o tai padeda sumažinti fononų sklaidą.

Silicio karbidas atrodo kaip geltoni, žali arba melsvai juodi vaivorykštiniai kristalai, kurie skylant 2700 laipsnių temperatūroje sublimuojasi. Nors SiC netirpsta vandenyje, jis tirpsta išlydytuose šarmuose, pavyzdžiui, NaOH ir KOH, taip pat išlydytoje geležyje, o jo Youngo modulis ir kietumas priklauso nuo tekstūros, susikaupimo ydų, grūdelių dydžio ir jų ribų pobūdžio.

Elektrinės savybės

Silicio karbido plati energinė juosta leidžia jam atlaikyti aukštesnes temperatūras ir įtampas nei siliciui, todėl jis tinkamas naudoti programose, kuriose reikia greitų, bet patikimų elektroninių prietaisų. Be to, jo gebėjimas atlaikyti tokią įtampą yra neįkainojamas elektromobilių akumuliatorių sistemose, kuriose mažinamas dydis ir svoris visiškai atsisakant inverterių.

SiC yra populiari medžiaga dėl keramikos ir puslaidininkių savybių derinio, kuris prisideda prie elektroninių technologijų pažangos. Be to, jos kietumas, stiprumas, mažas šiluminis plėtimasis ir atsparumas cheminėms reakcijoms prisidėjo prie jos populiarumo didėjimo.

Silicio karbidas gaminamas kaitinant gryną kvarcinį smėlį su anglimi elektrinėje krosnyje, taip gaunant metalurginių ir abrazyvinių rūšių luitus, vadinamus a-SiC ir b-SiC pagal kokybę ir paskirtį. Suformavus luitus, jie supjaustomi į skirtingo dydžio ir formos luitus, atsižvelgiant į norimą naudoti paskirtį, ir tik tada maišomi su papildomais elementais, tokiais kaip aliuminis ar azotas, kad būtų pasiektos reikiamos savybės.