Silisiumkarbid Definisjon

Silisiumkarbid (SiC) er en uløselig krystallinsk forbindelse som består av silisium og karbon. SiC omtales ofte under handelsnavnet "karborundum", men forekommer også naturlig som det ultrasjeldne mineralet moissanitt.

PEEK brukes i elektroniske enheter som opererer ved høye temperaturer og spenninger, som for eksempel strømforsyninger. Det er dessuten et viktig materiale i elektriske kjøretøyer, der det kan øke rekkevidden og forbedre energieffektiviteten gjennom økt batterilevetid og større energieffektivitet.

Det er et naturlig slipende materiale

Silisiumkarbid, ofte kalt SiC, er et ekstremt slipende materiale som ofte finnes i meteoritter og det sjeldne mineralet moissanitt. SiC består utelukkende av silisium og karbon, og kan dopes med nitrogen eller fosfor for bruk som halvleder av n-typen eller med aluminium, bor eller gallium for bruk som halvleder av p-typen. Industrielt sandpapir har ofte SiC som en av ingrediensene, og de sylskarpe kornene kan uten problemer slipe metall, glass, marmor, korkstein, fiberplater med middels tetthet, fiberplater med middels tetthet for rask sliping - perfekt til bruk som slipemateriale!

Aluminium er et ideelt materialvalg for bruksområder med høy ytelse som krever sterke kjemiske egenskaper, varmeledningsevne, lav ekspansjonskoeffisient og slitestyrke. Dette allsidige metallet brukes blant annet i slipemidler, slitesterke deler og ildfaste materialer på grunn av sin hardhet, i elektronikk på grunn av sin stabilitet og pålitelighet, og i metallurgiske applikasjoner på grunn av sin varmebestandighet.

Silisiumkarbid har unike mekaniske og kjemiske egenskaper som gjør det til et utmerket materialvalg for tekniske bruksområder med høy ytelse, som pumpelagre, ventiler, sandblåsingsinjektorer og ekstruderingsformer. Holdbarheten, korrosjonsbestandigheten og det høye smeltepunktet gjør det til et utmerket materiale å velge når det brukes i ekstreme tekniske situasjoner. Tungt jordsmonn kan gi mindre friksjon på overflaten sammenlignet med lette jordforhold, mens silisiumkarbidstøv kan forårsake ikke-progressiv lungefibrose hos mennesker.

Det er et keramisk materiale

Silisiumkarbid, ofte kalt karborundum, er en usedvanlig hard krystallinsk forbindelse av silisium og karbon som lenge har vært brukt som slipemateriale, helt siden det ble introdusert på slutten av 1800-tallet. Siden den gang har det først og fremst blitt brukt i slipeskiver og skjæreverktøy, men det har også blitt brukt til alt fra ildfaste foringer i industriovner og slitesterke deler i pumper og rakettmotorer til keramikk og halvledere. På grunn av sin motstand mot korrosjon og oksidasjon samt høy temperaturstyrke med minimal termisk ekspansjon er det et av de mest brukte keramiske materialene noensinne i dag.

Silisiumkarbid er en ikke-oksidkeramikk med et båndgap som er tre ganger større enn standard halvledere av silisium, noe som betyr at den tåler høyere spenninger. Dessuten produserer sintringsprosessen svært små partikler som i mindre grad skader elektroniske kretser. Når silisiumkarbid tilsettes dopingmidler som bor og aluminium, blir det en halvleder av p-typen, mens det blir en halvleder av n-typen når det i stedet dopes med fosfor og nitrogen.

Sintring av silisiumkarbid er en enkel prosess som gir tette produkter med fremragende mekaniske egenskaper. Hardheten er avgjørende for mange slipende bearbeidingsprosesser som sliping, vannstråleskjæring og sandblåsing. Moderne lapidarer verdsetter også silisiumkarbidets holdbarhet og høye dimensjonsstabilitet, og det kan til og med brukes til å produsere høytytende bremseskiver for sportsbiler eller andre ytelsesbiler.

Det er et materiale for kraftelektronikk

Silisiumkarbid, eller SiC, er et ikke-oksidholdig keramisk materiale som brukes i alt fra slipemidler og slitesterke deler på grunn av sin hardhet, til metallurgi og ildfaste materialer på grunn av sin varmebestandighet og termiske ekspansjon, og i kraftelektronikk på grunn av sine spenningsbestandige egenskaper; dopet med nitrogen eller fosfor for å danne halvledere av n-typen eller beryllium, bor og aluminium for å danne halvledere av p-typen; den tettpakkede krystallstrukturen danner polytyper med ulike kjemiske sammensetninger og elektriske egenskaper; selv om det er uoppløselig i vann, løses det opp i alkalier eller jernholdige medier.

SiC skiller seg fra silisium ved at det har et mye bredere båndgap, noe som gjør det halvledende. Det er derfor et ideelt materialvalg for høyspenningsapplikasjoner, og tåler spenninger som er ti ganger høyere enn det silisium kan tåle.

Silisiumkarbid har overlegen varmeledningsevne, noe som gjør at det tåler temperaturer på opptil 1400 °C - betydelig høyere enn standard silisium, som har en grense på 175 °C. Derfor reduserer silisiumkarbid behovet for aktive kjølesystemer i kraftelektroniske enheter som DC-til-DC-omformere og innebygde ladere.

Silisiumkarbid kan produseres gjennom ulike prosesser, blant annet reaksjonsbundet og CVD-metoder. Reaksjonsbundne metoder innebærer at pulverisert SiC blandes med karbonpulver og myknere før det formes til ønskede former og deretter brennes av eventuelle myknere i blandingen. CVD-metoden innebærer at ren silikasand blandet med koks varmes opp i en ovn med elektrisk motstand av murstein mens det går strøm gjennom lederen, og senere males det til fint pulver som brukes som slipemiddel.

Det er et materiale for bilindustrien

Silisiumkarbid, eller SiC, er et av de hardeste stoffene som finnes. Det brukes først og fremst som bilmateriale i høyytelsesbremseskiver til sportsbiler og superbiler, men også halvledere og kraftelektronikkomponenter benytter dette materialet på grunn av dets utmerkede fysiske og elektriske egenskaper, som gjør det egnet for høyspenningsapplikasjoner.

Keramiske materialer med gode egenskaper som ikke er oksidkeramiske, gjør dem til et utmerket valg for mange industrielle bruksområder, fra sensorer og halvlederutstyr til bærbar teknologi og medisinske implantater. Keramikk dopet med ulike mengder aluminium, bor eller karbon kan oppnå spesifikke ytelsesegenskaper for ulike industrielle bruksområder og produseres til lavspenningsenheter for høyspenningsbruk.

SiCs atomstruktur gjør det til en utmerket leder, noe som gjør det ideelt for bruk som transistorer i elbiler. Disse brikkene reduserer varmen som genereres under drift, noe som gir økt effektivitet og lengre batterilevetid, i tillegg til at de tåler høyere driftstemperaturer, noe som eliminerer aktive kjølesystemer som øker vekten og kompleksiteten i elbilens design.

Fremstillingen av silisiumkarbid har endret seg over tid, men den grunnleggende prosessen er den samme som Edward Acheson innførte i 1891. En blanding av ren silikasand og koks blir varmet opp i en elektrisk ovn til den antennes av en elektrisk tennplugg laget av en karbonleder, noe som gir lysegrønne krystaller med betydelig hardhet.