Silicio karbido savybės

Silicio karbidas (SiC) yra itin patvari medžiaga, kurios kietumas pagal Moso skalę įvertintas 9 balais, o estetinis vaizdas prilygsta deimantui.

"EAG Laboratories" turi daug patirties analizuojant SiC dėl šių savybių, naudojant biriuosius ir erdvinius analizės metodus. Jis gali būti ir elektros izoliatorius, ir puslaidininkis.

Kietumas

Silicio karbidas yra viena iš kiečiausių medžiagų pasaulyje, pagal Moso skalę užimanti devintą vietą ir pagal kietumą nusileidžianti tik deimantui. Boro karbidas ir deimantas yra dar kietesni už silicio karbidą - kiti jo panaudojimo būdai: pjovimo įrankiai, neperšaunamos liemenės, automobilių dalys ir astronominių teleskopų veidrodžiai. Silicio karbido kietas ir tvirtas paviršius puikiai tinka naudoti kaip pjovimo abrazyvus ir pjovimo įrankius, konstrukcines medžiagas (neperšaunamas liemenes), automobilių dalis ir teleskopuose naudojamus veidrodžius!

Šiluminiam smūgiui atspari keramika yra itin kieta, neoksidinė keramika. Dėl savo tvirtumo, didelio šilumos laidumo, mažo šiluminio plėtimosi greičio ir puikaus atsparumo oksidacijai ji yra nepakeičiama ugniai atspari medžiaga.

Silicio karbidas (atominis numeris 14) ir anglis (atominis numeris 6) sudaro neorganinį junginį, vadinamą silicio karbidu, kurio du pirminiai koordinaciniai tetraedrai, sudaryti iš kovalentiškai sujungtų keturių anglies ir keturių silicio atomų, sukuria nepaprastai stiprią ir standžią glaudžiai surištą struktūrą, pasižyminčią išskirtiniu tvirtumu ir standumu; jos daugialypiai tipai netgi gali būti sukrauti į krūvą ir sudaryti daugialypius tipus. Silicio karbidas pasižymi plataus juostinio tarpo puslaidininkio savybėmis, kuriam reikia tris kartus mažiau energijos elektronams išlaisvinti iš orbitinių būsenų, palyginti su siliciu.

Atsparumas korozijai

Svarbiausia silicio karbido savybė - atsparumas korozijai. Jis ne tik atsparus agresyviausioms rūgštims (druskos, sieros ir fluoro vandenilio), šarmams ir tirpikliams, bet ir oksiduojančioms terpėms, pavyzdžiui, azoto rūgščiai ar garams, bet ir pasižymi puikiomis izoliacinėmis savybėmis, apsaugančiomis nuo ekstremalių temperatūrų ar elektrinių laukų poveikio.

Sukepintas silicio karbidas pasižymi puikiu šiluminiu atsparumu dėl savo tankio, kietumo, plačios draustinės juostos puslaidininkio savybių, leidžiančių sunaudoti mažiau elektronų energijos laidumo juostai pereiti, ir mažo šiluminio plėtimosi koeficiento.

Atsparumą korozijai taip pat galima padidinti naudojant sukepinimo priedus, grūdelių ribos fazes ir porėtumą; jų rūšis ir kiekis priklauso nuo to, kaip greitai korozija reaguoja su kitomis aplinkomis.

Silicio karbido oksidacijos būsenos gali būti kontroliuojamos dėl anglies kaip pasyvuojančios medžiagos, kuri padeda sumažinti korozijos greitį ir prailginti gaminio tarnavimo laiką, kai jis yra veikiamas eksploatuojamoje oksiduojančioje aplinkoje.

Šilumos laidumas

Silicio karbidas yra labai kieta medžiaga, esanti tarp aliuminio oksido (9 vieta pagal Moso skalę) ir deimanto (10 vieta). Dėl savo kietumo ir šiluminio stabilumo derinio silicio karbidas yra puikus medžiagos pasirinkimas reiklioms mechaninėms reikmėms, kai naudojamos detalės, skirtos dilimui atsparioms medžiagoms, taip pat ugniai atsparioms medžiagoms.

Be to, dėl puikaus atsparumo terminiam smūgiui ir mažo šiluminio plėtimosi greičio silikoninis kaučiukas puikiai tinka naudoti aukštos temperatūros aplinkoje ir vamzdžių sistemose naudojamiems komponentams.

Silicio karbidą galima legiruoti įvairiais elementais, kad būtų pakeistos jo elektroninės savybės. Papildžius azotu arba fosforu, jis tampa n tipo puslaidininkiu, o papildžius beriliu, boru arba aliuminiu - p tipo puslaidininkiu.

Dėl silicio karbido juostos tarpo skirtumo tarp valentinės ir laidumo juostų elektronams sunkiau pereiti iš vienos juostos į kitą, todėl jis gali atlaikyti iki 10 kartų daugiau elektrinių laukų, kol tampa trapus ir suyra, nei silikonas.

Elektrinis laidumas

Silicio karbidas pasižymi įvairiomis elektrinėmis savybėmis, kurios gali būti pritaikomos dopingu. Papildant priemaišomis į kristalinę struktūrą įeina laisvieji elektronai ir skylės, kurie praleidžia elektros srovę, todėl SiC laidumas dešimt kartų viršija silicio laidumą.

Silicio karbido elektrines savybes daugiausia lemia jo juostinis tarpas. Šis skirtumas tarp atomo valentinės ir laidumo juostos energijos lygių lemia, kokį elektrinį lauką jis gali išlaikyti; silicio karbidas pasižymi platesniu juostiniu tarpu nei jo silicio analogas, todėl gali išlaikyti beveik dvigubai didesnę įtampą.

Dėl didelės varžos įtampai neodimis idealiai tinka naudoti elektrinių transporto priemonių maitinimo įrenginiuose, užtikrinančiuose ilgesnį važiavimo atstumą ir didesnį akumuliatoriaus valdymo efektyvumą. Be to, dėl mažesnio svorio, palyginti su tokiomis alternatyviomis medžiagomis kaip galio nitridas, galios elektronikos gamintojai gali gerokai sumažinti dydį ir svorį, kartu atlaikydami aukštą temperatūrą ir turėdami minimalų šiluminio plėtimosi koeficientą.