Silīcija karbīds - astronomisko teleskopu spoguļu materiāls

Silīcija karbīds (saukts arī par karborundu) ir neorganisks ķīmisks savienojums, kas sastāv no silīcija un oglekļa atomiem, dabā sastopams kā moizanīts un kopš 1893. gada masveidā ražots kā abrazīvs.

SiC pastāv vairāk nekā 70 kristāliskās formās, kas iedalās divos polimorfos: alfa silīcija karbīds (a-SiC) un beta silīcija karbīds (b-SiC). Eksperimentālās kļūdas robežās abas formas kūst vienlaicīgi pie spiediena līdz 10 GPa.

Tam ir negatīvs slīpums

Silīcija karbīds ir ārkārtīgi ciets un blīvs materiāls ar daudzveidīgu pielietojumu. To var atrast tādos izstrādājumos kā smilšpapīrs, slīpripas, griezējinstrumenti, automobiļu detaļas un automobiļu ugunsizturīgie materiāli; turklāt tas kalpo kā ugunsizturīgais materiāls krāsnīs, krāsnīs un ugunsizturīgajos oderējumos, kā arī kā astronomisko teleskopu spoguļu materiāls, pateicoties tā cietībai un zemajam termiskās izplešanās koeficientam.

Edvards Goodrichs Ačons pirmo reizi masveidā silīcija karbīdu izgatavoja 1891. gadā, kad elektriskajā krāsnī karsēja māla un pulverveida koksa (oglekļa) maisījumu, iegūstot zili melnu materiālu, kas pazīstams kā "karborunds".

Silīcija karbīda kušanas pētījumi pie spiediena no 5 līdz 8 GPa atklāja, ka tas kūst kongruenti pie visiem pētītajiem spiedieniem, un tā kušanas līknei ir negatīvs slīpums -44 + 4 K/GPa, sniedzot pierādījumus tam, ka blīvuma funkcionālā teorija to precīzi paredzēja.

Tam ir pozitīvs slīpums

Silīcija karbīds (SiC) ir keramikas materiāls, kas nav oksīds un kam piemīt izcilas īpašības, kas padara to noderīgu daudzos augstas temperatūras lietojumos. SiC ir gan ciets, gan ļoti izturīgs, un tā polikristāliskā ķermeņa stiprība sasniedz 27 GPa; turklāt tam piemīt izcilas rēpošanas pretestības īpašības un zems termiskās izplešanās koeficients.

Keramika ar keramikas sastāvu no keramiskā dioksīda (CeO2) nešķīst ūdenī, bet šķīst izkausētos sārmu un dzelzs šķīdumos, padarot to par viscietāko no visām modernajām strukturālajām keramikām ar izturību pret nodilumu, koroziju, triecieniem un termisko izplešanos augstā spiedienā; tas ir ideāli piemērots izmantošanai augsttemperatūras lietojumos, piemēram, kodolreaktoru komponentos.

Silīcija karbīdu, ko biežāk dēvē par a-SiC, parasti izmanto elektrisko transportlīdzekļu bremzēs un sajūgos, kā arī ložu necauršaujošās vestēs, un to izmanto arī kā substrātu heterogēnajiem katalizatoriem. Šā materiāla ražošana rūpnieciskos apjomos joprojām ir saistīta ar elektriskajām krāsnīm, kurās izmanto tīras silīcija smiltis, kas tiek reducētas ar smalki samaltu koksu elektriskajā krāsnī; rūpnieciska mēroga silīcija karbīda ražošana joprojām ir populāra izvēle augstsprieguma lietojumiem energoelektronikā.

Tam ir negatīvs temperatūras koeficients

Silīcija karbīds, pazīstams arī kā silīcija dioksīds, ir ciets ķīmisks savienojums, kas sastāv no silīcija un oglekļa un dabā sastopams kā minerāls moizanīts, bet kopš 1893. gada tiek masveidā ražots kā pulveris un kristāli, ko izmanto kā abrazīvu un ložu necaurlaidīgu vestu keramikas plākšņu materiālu. Lielus monokristālu graudus var savienot, tos saķepinot, lai iegūtu ārkārtīgi izturīgu strukturālo keramiku; turklāt to bieži izmanto sintētisko moisanīta dārgakmeņu izgatavošanai, kas pazīstami kā sintētiskie moisanīta dārgakmeņi. Silīcija karbīds darbojas arī kā pusvadītājs; to dopingējot ar slāpekli vai fosforu, to var padarīt par n-tipa materiālu; līdzīgi berilijs, bors vai alumīnijs to var pārveidot par p-tipa materiālu atkarībā no tā īpašībām to dopingu var pārveidot par n-tipa pusvadītāju materiālu.

Silīcija karbīdam ir plaša joslas sprauga un augsta elektriskā lauka sadalīšanās izturība, tāpēc tas ir piemērots elektronikas ierīcēm, kas darbojas ļoti augstās temperatūrās vai pie ļoti augsta sprieguma. Turklāt tā termisko triecienu noturība nozīmē, ka tas ir plaši izmantots. Silīcija karbīdam ir dažādas vienības šūnas (kubiskas, rombiskas vai heksagonālas). Ja to sablīvē, izmantojot mālu, tas var kavēt kakliņu augšanu, vienlaikus novēršot SiO2 veidošanos, kas citādi samazinātu elastības moduli. Dažādos pētījumos, izmantojot ab initio molekulārās dinamikas simulācijas, kas balstītas uz blīvuma funkcionālās teorijas simulācijām, ir pētīta tā kušanas izturība augstā spiedienā.

Tam ir pozitīvs spiediena koeficients

Silīcija karbīds ir ārkārtīgi ciets un stingrs keramikas materiāls, ko raksturo augsta temperatūras izturība, zems termiskās izplešanās koeficients un izturība pret ķīmiskām reakcijām. Tas ir pieejams dažādos izmēros un formās, tostarp granulu veidā, ko var iegādāties, kā arī plāksnītēs, no kurām var izgatavot spoguļus lieliem teleskopiem. Silīcija karbīda ražošanas metodes ir dažādas - no tiešas oglekļa sintēzes līdz ķīmiskai tvaiku uzklāšanai.

Tika veikti pētījumi par Debye temperatūras atkarību no spiediena ZB un RS SiC no 3100+40 K līdz 5-8 GPa, izmantojot slāpēšanas eksperimentus un in situ mērījumus, izmantojot slāpēšanas eksperimentus un in situ mērījumus temperatūrā no 3100+40 K līdz 5-8 GPa. Rezultāti liecina, ka pie apkārtējā spiediena abas Lama konstantes (l, m) ir pozitīvas, pieaugot m novirzei, kas liecina par to, ka pie augstāka spiediena palielinās necentrisko daudzu ķermeņu spēku spēks, kas ietver lādiņa pārneses mijiedarbību, kā rezultātā mehāniski pastiprinās SiC saspiežamība.