Silīcija karbīda blīvums

Silīcija karbīds, biežāk saukts par karborundu vai SiC, ir ciets keramikas materiāls ar daudzām pielietošanas iespējām. Šo daudzpusīgo vielu izmanto kā abrazīvu, tai piemīt plašas joslas starpības pusvadītāju īpašības, un to var pat izgatavot strukturālās keramikas komponentos.

Ražošana ietver polisiloksānu reakciju un pirolīzi zem spiediena, to malšanu pulvera veidā, saķepināšanu, lai veidotu cietas formas, un pēc tam slīpēšanu, lai iegūtu galīgo mikrostruktūras formu. Katram no šiem posmiem ir būtiska nozīme šī galīgā materiāla ražošanā, un rezultāti atšķiras atkarībā no izmantotajām formēšanas metodēm, kas būtiski ietekmē mikrostruktūru.

Teorētiskais blīvums

Silīcija karbīda blīvajam sastāvam ir būtiska nozīme tā spējā izturēt ķīmisko, termisko un mehānisko slodzi. Silicija karbīdam piemīt izcilas cietības un siltumvadītspējas īpašības, tāpēc tas ir lielisks materiāls augstas veiktspējas un augstas spriedzes lietojumiem.

Blīvāki materiāli parasti ir izturīgāki pret koroziju un nodilumu. Turklāt to zemais izplešanās/samazināšanās ātrums ļauj tiem labāk izturēt ekstremālas temperatūras, padarot tos ideāli piemērotus elektrības un gāzes sistēmām.

SiC ir arī ļoti izturīgs pret starojumu, un salīdzinājumā ar citiem pusvadītājiem tam ir neparasti liela joslas sprauga, kas ļauj tam darboties daudz augstākās temperatūrās, spriegumos un frekvencēs, salīdzinot ar citiem pusvadītājiem. Tāpēc SiC var izmantot dažādās elektronikas un rūpniecības nozarēs, tostarp elektroenerģijas ražošanā, aviācijā, kosmosā un automobiļu rūpniecībā.

Lieliem komponentiem var būt grūti sasniegt augstu SiC blīvumu. Taču ar rampas kompresijas tehnoloģiju tagad ir iespējams sasniegt vienmērīgu blīvumu līdz pat 98% no teorētiskā blīvuma. Process ietver submikronu izmēra pulvera maisījuma, kas sastāv galvenokārt no silīcija karbīda ar boru saturošu piedevu, homogēnas dispersijas radīšanu; pēc tam šis pulvera maisījums tiek veidots zaļās formās un tad tiek saķepināts 1900-2100 grādu temperatūrā kontrolētas atmosfēras apstākļos.

Boru saturošas piedevas jāpievieno pulvera maisīšanas laikā tādā daudzumā, kas atbilst vienai elementārā bora masas daļai uz 100 daļām silīcija karbīda, lai nodrošinātu drošu blīvēšanu bez segregācijas uz graudu robežām.

Fiziskais blīvums

Silīcija karbīds (C-Si) ir mākslīgs materiāls, kas sastāv no oglekļa (C) un silīcija (Si). Tam ir otrs cietākais pēc Mohsas cietības rādītājs aiz bora karbīda - 9, un tas nodrošina izcilu izturību, nodilumizturību un izturību pret koroziju; faktiski tas var izturēt pat fluorūdeņražskābes un sērskābes iedarbību, nesadaloties - turklāt to nevar izšķīdināt ūdens, vairums ķīmisko vielu, tostarp sārmi! Silicija karbīda kā inženierijas materiāla daudzpusība padara to populāru arī zinātnieku vidū.

Tā kā smirģelis iztur ātrdarbīgu griešanu un slīpēšanu, kā arī to var izmantot abrazīvai strūklas apstrādei un apstrādei, tā izturības un rentabilitātes dēļ to plaši izmanto mūsdienu lapidārajos darbos. Turklāt tas ir svarīga izejviela slīpēšanas un pulēšanas savienojumu ražošanā.

Silīcija karbīds ir kļuvis par galveno kosmosa tehnoloģiju materiālu, pateicoties tā izcilajai izturībai un radiācijas līmeņa izturībai. Tāpēc no silīcija karbīda izgatavoti spoguļi ir kļuvuši par vairāku lielāko teleskopu, piemēram, Herschel un BepiColombo misiju, izvēli, un tos pat var veidot stingros rāmjos, lai tie izturētu Veneras temperatūru un radiācijas līmeni, kas pārsniedz gaidīto.

Jaunākie eksperimentālie pierādījumi liecina, ka a-SiC ir stabils B1 fāzē plašā apstākļu diapazonā, kas atbilst paredzamajiem ar oglekli bagātu eksoplanētu mantijas apstākļiem, pretēji tā uzvedībai uz Zemes, kur tas strauji sadalās silīcija dioksīdā un skābeklī.

Ķīmiskais blīvums

Silīcija karbīds, biežāk saukts par SiC, ir ķīmisks savienojums, kas sastāv no silīcija (atomu skaits 14) un oglekļa (atomu skaits 6). Tam ir no zaļa līdz zilganīgi melna izskats ar nedegošām īpašībām; tā blīvums ir 3,21 g uz kubikc cm3.

Silīcija karbīds ierobežotā daudzumā dabā sastopams meteorītos, korunda un kimberlīta atradnēs, tomēr lielākā daļa elektroniskajās ierīcēs izmantotā silīcija karbīda tiek ražota sintētiski. Edvards Ačons pirmo reizi sintezēja silīcija karbīdu 1891. gadā, kad viņš mēģināja radīt mākslīgos dimantus, karsējot mālu un pulverveida koksu elektriskā loka krāsnī; to darot, viņš pamanīja uz oglekļa elektrodiem piestiprinātus spilgti zaļus kristālus, kas izskatījās līdzīgi dimantam, un nosauca šos kristālus par “moisanītu” pēc akmens veida, kam tie līdzinājās.

SiC ir pusvadītāju materiāls ar ļoti platu joslas spraugu, kas ļauj tam darboties augstākās temperatūrās un pie augstākiem spriegumiem nekā citiem pusvadītāju materiāliem. Pateicoties izcilajai siltumvadītspējai, karstums tiek izvadīts ātri, savukārt tā blīvā kristāliskā struktūra nodrošina izcilu nodilumizturību - ideāli piemērots tādiem lietojumiem kā griezējinstrumenti.

EAG Laboratories ir plaša pieredze SiC analīzē, izmantojot gan masveida, gan telpiski izšķirtas analītiskās metodes. SiC ir ārkārtīgi noderīgs materiāls pusvadītāju ražošanai, jo to var leģēt ar dažādiem elementiem, lai mainītu tā elektrotermiskās īpašības. Lai radītu augstas kvalitātes pusvadītāju izstrādājumus, ļoti svarīgi ir nodrošināt piedevu koncentrāciju un telpisko sadalījumu, vienlaikus novēršot nevēlamus piesārņotājus.

Siltuma blīvums

Silīcija karbīds ir ārkārtīgi blīvs materiāls un viena no cietākajām pieejamajām vielām, kas nodrošina izcilu izturību pret koroziju kā keramikas materiāls, kas, iespējams, varētu samazināt aktīvās dzesēšanas sistēmas elektriskajos transportlīdzekļos.

Silīcija karbīds (SiC) ir kovalenti saistīta gaiši pelēka cieta viela, kuras relatīvā cietība pēc Mosa skalas līdzinās dimanta cietībai. Ugunsizturīgie materiāli ar šādām īpašībām ir ideāli piemēroti izmantošanai, jo SiC ir augsta kušanas temperatūra, siltumvadītspēja un zems termiskās izplešanās koeficients.

Silīcija karbīdu var leģēt ar slāpekli vai fosforu, veidojot n tipa pusvadītāju, vai leģēt ar beriliju, boru, alumīniju un galliju, veidojot p tipa pusvadītāju. Tā platā joslas sprauga ļauj tam izturēt trīs reizes lielāku spriegumu nekā standarta silīcija pusvadītājiem. Silīcija karbīds ir kļuvis par galveno materiālu elektronisko ierīču ražošanā, jo to plaši izmanto kā elektronisko komponentu materiālu.

Dabiskas SiC atradnes ir dažos meteorītu paraugos, korunda atradnēs un kimberlītā, bet lielākā daļa rūpnieciskā SiC tiek ražota sintētiski. SSiC un SiSiC varianti ir vieni no visbiežāk izmantotajiem materiāliem tādos sarežģītos apstākļos kā 3D drukāšana, balistikas ražošana, ķīmiskā ražošana un energotehnoloģiju lietojumi, kā arī cauruļvadu sistēmu komponenti, pateicoties to termiskajām īpašībām; to augstāks blīvums nekā tīram kvarcam padara šos savienojumus par pievilcīgu metāla aizstājēju, un tie piedāvā labas stingrības, cietības un augstas temperatūras izturības īpašības, kas konkurē ar tīra kvarca termiskajām īpašībām, salīdzinot ar tīra kvarca un augstas temperatūras izturību, padarot šos savienojumus par pievilcīgu metāla aizstājēju alternatīvu.