Kādiem nolūkiem izmanto silīcija karbīdu?

Silīcija karbīdam ir daudz pielietojumu, un to var izmantot abrazīvu, keramikas pulvera un ložu necaurlaidīgu bruņu veidā.

Karborunds (SiC), kristālisks silīcija un oglekļa savienojums, ir viena no cietākajām zināmajām vielām ar unikālām īpašībām, kas to padara noderīgu dažādās rūpniecības nozarēs.

Abrazīvs

Silīcija karbīds ir ciets un trausls, tāpēc tas ir efektīvs abrazīvs materiāls. Ražotāji to izmanto, ražojot tādus izstrādājumus kā smilšpapīrs; šis materiāls ir dažāda lieluma smilšu graudiņiem, sākot no rupjiem un beidzot ar ļoti smalkiem, kas paredzēti slīpēšanas operācijām; rupjākos izmanto, lai sākotnējās slīpēšanas operācijās noņemtu lielu daudzumu materiāla, bet smalkāki pulē apstrādājamo detaļu virsmas, lai iegūtu gludu apdari.

Abrazīvo silīcija karbīdu izmanto izstrādājumos, kuriem nepieciešama augsta izturība, piemēram, automašīnu bremzēs un keramikas plāksnēs, ko izmanto bruņuvestēs. Turklāt šo materiālu var atrast arī kompozītmateriālos, piemēram, ar oglekļa šķiedru pastiprinātā silīcija karbīdā (CFRC).

Ugunsizturīgs

Silīcija karbīds ir neaizstājama izejviela ugunsizturīgo materiālu ražošanā. Ar stabilām ķīmiskajām īpašībām, augstu siltumvadītspēju, mazu termiskās izplešanās koeficientu un lielisku nodilumizturību tas ir ideāls materiāls, lai ražotu augstas temperatūras izturīgus abrazīvus, piemēram, lentes abrazīvus, smilšpapīru, slīpēšanas riteņu diskus un eļļas akmeņu instrumentus, kā arī monokristāliskā silīcija/polikristāliskā silīcija darbgaldus.

Metāls ir ļoti ciets un trausls, taču tam ir augsta termiskā un mehāniskā stabilitāte. Tā sastāv no silīcija atomiem, ko ieskauj oglekļa un skābekļa atomi, tāpēc tas ir izturīgs pret karstumu un mehānisko slodzi, kā arī tam ir iespaidīga kušanas temperatūra.

Tīrs silīcija karbīds ir bezkrāsains; rūpnieciskās šķirnes var būt no brūnas līdz melnai krāsai dzelzs, alumīnija, slāpekļa vai brīvā oglekļa ieslēgumu dēļ. Pastāv dopinga metodes, kas rada dažādus pusvadītājus: piemēram, n tipa silīcija karbīdu var dopingēt ar slāpekli vai fosforu, bet p tipa versijas var dopingēt ar alumīnija, bora vai gallija piedevu.

Ložu necaurlaidīgi bruņas

Silīcija karbīds ir viens no cietākajiem materiāliem uz Zemes. Tāpēc tas ir ideāli piemērots policijas un militārpersonu bruņuvestēm, un tā termiskās īpašības padara to izturīgu pret karstumu.

Tādi keramikas materiāli kā šis ir labi zināmi kā izturīgi. Turklāt keramika lieliski vada siltumu un elektrību, tāpēc tā ir ideāli piemērota tādiem elektroniskiem lietojumiem kā jaudas tranzistori. Turklāt vēl viena priekšrocība ir izturība pret koroziju.

Tīram silīcija karbīdam piemīt daudzslāņaina struktūra, un tas pastāv dažādos politipos jeb paveidos, no kuriem katrs atšķiras ar to sakārtošanas secību, kas katram veidam piešķir unikālas fizikālās īpašības, piemēram, dažos veidos ir kovalentas saites starp četriem oglekļa atomiem, kas kovalenti saistīti ar vienu silīcija atomu, veidojot sarežģītu tīkla struktūru.

Moisanītu ražo sintētiski, un dabā tas sastopams reti, lai gan nelielos daudzumos var būt sastopams moisanīta dārgakmeņu veidā. Moisanītam ir būtiska nozīme elektriskajos transportlīdzekļos, jo tā spēja izturēt augstas temperatūras ļauj transportlīdzekļiem kļūt energoefektīvākiem, vienlaikus samazinot aktīvās dzesēšanas sistēmas, kas palielina svaru, izmaksas un sarežģītību.

Pusvadītāju

Silīcija karbīda keramika ir universāla nonooksīda keramika, ko izmanto lietojumos, kur nepieciešama gan mehāniskā, gan termiskā izturība, piemēram, nodilumizturīgās detaļās, ugunsizturīgos materiālos karstumizturībai, ugunsizturīgos materiālos termiskās izplešanās kontrolei un pusvadītāju elektronikas ierīcēs, kas darbojas augstā temperatūrā vai spriegumā. Silīcija karbīda cietība padara to piemērotu šiem lietojumiem, savukārt tā siltumvadītspēja padara to par efektīvu karstumizturīgu materiālu. Tā plašais pielietojuma spektrs sniedzas tālāk nekā tikai mehāniskie lietojumi; daži piemēri ir šādi: abrazīvie materiāli, nodilumizturīgas detaļas, ugunsizturīgi materiāli karstumizturības nodrošināšanai un pusvadītāju elektronikas ierīces, kas darbojas attiecīgi augstā temperatūrā vai sprieguma režīmā.

Kristāliskais silīcija karbīds veidojas kā cieša struktūra, kas sastāv no kovalenti saistītiem atomiem, kuri veido divus primāros koordinācijas tetraedrus, ko veido četri silīcija un četri oglekļa atomi, kas piešķir tam neticamu cietību un izturību. Diemžēl tas nešķīst ūdenī vai alkoholā, bet ir izturīgs pret lielāko daļu organisko un neorganisko skābju/sāļu (izņēmums ir fluorūdeņražskābe un skābju fluorīdi).

Silīcija karbīda pusvadītājiem ir plaša joslas sprauga, kas ļauj izgatavot daudz mazākas un efektīvākas ierīces nekā līdzvērtīgas silīcija (Si) ierīces, paverot iespēju tos izmantot spēka elektronikā elektriskajos transportlīdzekļos, kā arī atbalstot digitalizācijas procesus rūpniecības procesos.