Egenskaper for silisiumkarbid

Silisiumkarbid (SiC) er et ekstremt slitesterkt materiale med en ekstremt høy hardhet på 9 på Mohs-skalaen og et utseende som kan måle seg med diamant.

EAG Laboratories har omfattende erfaring med å analysere SiC med hensyn til disse egenskapene ved hjelp av både bulk- og romoppløste analyseteknikker. Det kan fungere både som elektrisk isolator og halvleder.

Hardhet

Silisiumkarbid er et av verdens hardeste materialer; det ligger på niendeplass på Mohs-skalaen og er det nest hardeste materialet etter diamant. Bor-karbid og diamant er enda hardere enn silisiumkarbid – andre bruksområder for silisiumkarbid er blant annet skjæreverktøy, skuddsikre vester, bildeler og speil til astronomiske teleskoper. Silisiumkarbids harde og sterke overflate egner seg utmerket til bruk som slipemidler og skjæreverktøy, konstruksjonsmaterialer (skuddsikre vester), bildeler og speil til teleskoper!

Termisk sjokkbestandig keramikk er en ekstremt hard, ikke-oksidbasert keramikk. Takket være sin styrke, høye varmeledningsevne, lave termiske utvidelseskoeffisient og utmerkede motstand mot oksidasjon er dette et uunnværlig ildfast materiale.

Silisiumkarbid (atomnummer 14) og karbon (atomnummer 6) danner en uorganisk forbindelse kjent som silisiumkarbid, med to primære koordinasjonstetraeder dannet av fire karbonatomer og fire silisiumatomer som er kovalent bundet sammen, noe som skaper en eksepsjonelt sterk og stiv, tettpakket struktur med overlegen styrke og stivhet; dens polytyper kan til og med stables for å danne polytyper. Silisiumkarbid har halvlederegenskaper med bredt båndgap, noe som gjør at det kreves tre ganger mindre energi for å frigjøre elektroner fra orbitaltilstander sammenlignet med silisium.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Silisiumkarbids viktigste egenskap er dets korrosjonsbestandighet. Ikke bare er det motstandsdyktig mot de mest aggressive syrene (saltsyre, svovelsyre og fluorvannsyre), baser og løsemidler man kan tenke seg – samt oksiderende medier som salpetersyre eller damp – men det har også utmerkede isolasjonsegenskaper som beskytter mot skader forårsaket av ekstreme temperaturer eller elektriske felt.

Sintrert silisiumkarbid har utmerket varmebestandighet takket være sin tette struktur, hardhet, halvlederegenskaper med bredt båndgap – som muliggjør lavere elektronenergiforbruk ved ledningsbåndsforskyvning – samt sin lave termiske utvidelseskoeffisient.

Korrosjonsbestandigheten kan også forbedres ved hjelp av sintringsadditiver, korngrensefaser og porøsitet; hvilken type og mengde av disse som benyttes, avhenger av hvor raskt korrosjonen reagerer med andre miljøer.

Oksidasjonsgradene til silisiumkarbid kan reguleres ved at karbon fungerer som et passiveringsmiddel, noe som bidrar til å redusere korrosjonshastigheten og forlenge produktets levetid ved eksponering for oksiderende miljøer under bruk.

Termisk konduktivitet

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt materiale som ligger et sted mellom aluminiumoksid (9 på Mohs-skalaen) og diamant (10). Takket være kombinasjonen av hardhet og termisk stabilitet er silisiumkarbid et utmerket materialvalg for krevende mekaniske anvendelser i komponenter som er konstruert for å tåle slitasje, samt i ildfaste materialer.

I tillegg er silikongummi, takket være sin utmerkede motstand mot termisk sjokk og sin lave termiske utvidelseskoeffisient, svært godt egnet for bruk i miljøer med høye temperaturer og i komponenter som inngår i rørsystemer.

Silisiumkarbid kan legeres med ulike grunnstoffer for å endre dets elektroniske egenskaper. Legering med nitrogen eller fosfor vil gjøre det til en n-type halvleder, mens legering med beryllium, bor eller aluminium vil gjøre det til en p-type halvleder.

Forskjellen i båndgapet mellom valens- og ledningsbåndene i silisiumkarbid gjør det vanskeligere for elektroner å bevege seg mellom de to båndene, noe som gjør at det tåler opptil 10 ganger sterkere elektriske felt før det blir skjørt og bryter sammen, sammenlignet med silisium.

Elektrisk ledningsevne

Silisiumkarbid har en rekke elektriske egenskaper som kan tilpasses ved hjelp av doping. Doping innebærer å tilsette urenheter i krystallstrukturen for å danne frie elektroner og hull som leder strøm, noe som gir SiC en ledningsevne som er ti ganger større enn silisium.

Silisiumkarbids elektriske egenskaper bestemmes i stor grad av båndgapet. Denne forskjellen mellom energinivåene i et atoms valensbånd og ledningsbånd avgjør hvor stort elektrisk felt det tåler; silisiumkarbid har et bredere båndgap enn silisium, noe som gjør at det tåler nesten dobbelt så høy spenning.

Takket være sin høye spenningsmotstand er neodym ideelt for bruk i kraftelektronikk til elektriske kjøretøy, noe som gir lengre rekkevidde og økt effektivitet i batteristyringen. Videre gjør den lavere vekten sammenlignet med alternativer som galliumnitrid det mulig for produsenter av kraftelektronikk å redusere størrelsen og vekten betydelig, samtidig som materialet tåler høye temperaturer med en minimal termisk utvidelseskoeffisient.