Silīcija karbīda formula

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi ciets sintētisks silīcija un oglekļa savienojums, kas dabā sastopams kā dārgakmens moisanīts un mazākā daudzumā oglekli saturošos hondrītu meteorītos.

Kvarcs, ko iegūst, kausējot silīcija smiltis un koksu augstā temperatūrā elektriskajā krāsnī, pastāv vismaz 70 dažādās kristāliskās formās; visizplatītākā ir alfa forma ar sešstūrainu kristālisko struktūru, kas līdzīga virtcītam.

Fizikālās īpašības

Silīcija karbīds, ko biežāk dēvē par karborundu, ir neviena oksīda keramikas savienojums ar izcilu cietību un ķīmiskās izturības īpašībām, kas ierindojas otrajā vietā aiz dimanta. Turklāt tīras formas silīcija karbīds ir noturīgs pret oksidēšanos augstākās temperatūrās, nodrošinot drošāku elektrovadītspēju un elektrovadītspēju.

Elektriskajā krāsnī silīcija smiltis karsē kopā ar oglekli, lai iegūtu SiC. Iegūto zaļo līdz zilganīgi melno kristālisko materiālu pēc tam var sadalīt šķirās ar atšķirīgām fizikālajām īpašībām: piemēram, A metalurģiskajai šķirai ir rupji slāņi, bet b šķiras kristāli veido gludākas struktūras.

Šiem daudzslāņu struktūru tipiem piemīt atšķirīgas elektriskās, optiskās un termiskās īpašības. To atomu saites sastāv no četriem silīcija atomiem, kas saistīti ar četriem oglekļa atomiem neregulārā kvadrātveida rakstā, veidojot četrus sešstūrainus kristālus; tas nodrošina plašas joslas starpības pusvadītāju īpašības. Ekstrūzijas vai aukstās izostatiskās presēšanas rezultātā šos materiālus var veidot stieņos vai caurulītēs, ko var izmantot kā stieņus un caurules.

Ķīmiskās īpašības

Silīcija karbīds (SiC), ko biežāk dēvē par karborundu, ir izturīgs silīcija un oglekļa ķīmisks savienojums ar plaša joslas spraugas pusvadītāju īpašībām. SiC ir ugunsizturīgs, un tas ir pazīstams arī ar augstu siltumvadītspēju un zemām termiskās izplešanās īpašībām, kas padara to ļoti izturīgu pret termiskiem triecieniem.

Kristāliskais SiC kristalizējas ciešā kristāliskajā struktūrā ar četriem silīcija un četriem oglekļa atomiem, kas saistīti tetraedriskā koordinācijā, un tam ir vairāk nekā 70 politipu; alfa SiC visbiežāk sastopams temperatūrā virs 2000 grādiem pēc C ar heksagonālu kristālisko struktūru, kas līdzīga virtcītam. Savukārt beta modifikācija ar dimantam līdzīgu cinkblendes kristālisko struktūru un sfalerīta veidošanās notiek zemākās temperatūrās.

Karborunds ir ārkārtīgi reta viela dabā, bet ir galvenais elements ar oglekli bagātos meteorītos kosmosā. Pirmo reizi šo materiālu 1891. gadā mākslīgi sintezēja Edvards Ačsons (Edward Acheson), ražojot mākslīgos dimantus, bet 1893. gadā tas tika atklāts dabīgā veidā Arizonas Kanjonas Diablo meteorītā un nosaukts par moisanītu Nobela prēmijas laureāta Anrī Moisana vārdā.

Mehāniskās īpašības

Silīcija karbīda virsma ir ārkārtīgi cieta, tā Mohsas skalas 9. pakāpe ir viscietākā no neviena oksīda keramikas un viens no cietākajiem materiāliem kopumā. Tas ir lieliska materiāla izvēle lietojumiem, kas saistīti ar mehānisko nodilumu, piemēram, abrazīviem materiāliem un ugunsizturīgiem materiāliem, vienlaikus tam piemīt labas termiskās īpašības, kas iztur augstas temperatūras vidi, kā arī termisko šoku.

Silīcijs aizstāj pusi oglekļa atomu, nodrošinot uzlabotas siltumvadītspējas, jo silīcija un oglekļa atomu rādiuss ir līdzīgs - tas palīdz samazināt izkliedi.

Silīcija karbīds parādās kā dzelteni, zaļi līdz zilganīgi melni mirdzoši kristāli, kas sadaloties 2700 grādos pēc Celsija temperatūras izkūst. Lai gan SiC nešķīst ūdenī, tas šķīst izkausētos sārmos, piemēram, NaOH un KOH, kā arī izkausētā dzelzī, un tā Junga moduli un cietību nosaka tekstūra, sakopojuma plaisas, graudu lielums un graudu robežu raksturs.

Elektriskās īpašības

Silīcija karbīda plašā joslas spraugas enerģija ļauj tam izturēt augstākas temperatūras un spriegumu nekā silīcijam, tāpēc tas ir piemērots lietojumiem, kur nepieciešamas ātras, bet uzticamas elektroniskās ierīces. Turklāt tā spēja izturēt šādu spriegumu ir nenovērtējama elektromobiļu akumulatoru sistēmās, kas samazina gan izmērus, gan svaru, pilnībā izslēdzot invertorus.

SiC ir populārs materiāls, pateicoties tā keramikas un pusvadītāju īpašību kombinācijai, kas veicina elektronisko tehnoloģiju attīstību. Turklāt tā cietība, izturība, zema termiskā izplešanās un izturība pret ķīmiskām reakcijām ir veicinājusi tā popularitātes pieaugumu.

Silīcija karbīdu ražo, elektriskajā krāsnī karsējot tīras silīcija smiltis ar oglekli, veidojot gan metalurģiskas, gan abrazīvas kvalitātes lietņus, ko sauc par a-SiC un b-SiC atkarībā no kvalitātes un paredzētā lietojuma. Pēc lietņu formēšanas tos sagriež dažādos izmēros un formās atkarībā no vēlamā pielietojuma, un pēc tam sajauc ar papildu elementiem, piemēram, alumīniju vai slāpekli, lai iegūtu vēlamās īpašības.