Silisiumkarbid - speilmateriale for astronomiske teleskoper

Silisiumkarbid (også kalt karborundum) er en uorganisk kjemisk forbindelse som består av silisium- og karbonatomer, som finnes naturlig som moissanitt i naturen og har blitt masseprodusert siden 1893 for bruk som slipemiddel.

SiC finnes i mer enn 70 krystallinske former, inndelt i to polymorfer: alfa-silisiumkarbid (a-SiC) og beta-silisiumkarbid (b-SiC). Innenfor eksperimentelle feilmarginer smelter begge formene samtidig ved trykk opp til 10 GPa.

Den har en negativ helning

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt og tett materiale med mange bruksområder. Det finnes i produkter som sandpapir, slipeskiver, skjæreverktøy, bilkomponenter og ildfaste materialer til bilindustrien. I tillegg brukes det som ildfast materiale i ovner og ildfaste foringer, samt som speilmateriale i astronomiske teleskoper på grunn av hardheten og den lave varmeutvidelsen.

Edward Goodrich Acheson masseproduserte silisiumkarbid for første gang i 1891 da han varmet opp en blanding av leire og pulverisert koks (karbon) i en elektrisk ovn, noe som ga et blåsvart materiale kjent som "karborundum".

Studier av smelting av silisiumkarbid ved trykk fra 5-8 GPa har avslørt at det smelter kongruent ved alle trykk som er studert, med en smeltekurve som har en negativ helning på -44 + 4 K/GPa, noe som viser at tetthetsfunksjonalteorien forutsa dette nøyaktig.

Den har en positiv helning

Silisiumkarbid (SiC) er et ikke-oksydholdig keramisk materiale med eksepsjonelle egenskaper som gjør det anvendelig i mange høytemperaturapplikasjoner. SiC er både hardt og ekstremt sterkt, med polykrystallinske legemestyrker på opptil 27 GPa. I tillegg har det utmerkede krympebestandighetsegenskaper og lave termiske ekspansjonshastigheter.

Keramikk av keramdioksid (CeO2) er uoppløselig i vann, men løselig i smeltet alkali og jernløsninger, noe som gjør den til den hardeste av alle avanserte strukturkeramikker med motstand mot slitasje, korrosjon, slag og termisk ekspansjon ved høye trykk, noe som gjør den perfekt til bruk i høytemperaturapplikasjoner som f.eks. komponenter til atomreaktorer.

Silisiumkarbid, ofte omtalt som a-SiC, er vanlig i bremser og clutcher til elektriske biler og skuddsikre vester, i tillegg til at det brukes som substrat for heterogene katalysatorer. Industriell produksjon av dette materialet foregår fortsatt ved hjelp av elektriske ovner med ren silikasand som reduseres med finmalt koks i en elektrisk ovn, og industriell produksjon av silisiumkarbid er fortsatt et populært valg for høyspenningsapplikasjoner innen kraftelektronikk.

Den har en negativ temperaturkoeffisient

Silisiumkarbid, også kjent som silisiumdioksid, er en hard kjemisk forbindelse bestående av silisium og karbon som forekommer naturlig som mineralet moissanitt, men som siden 1893 har blitt masseprodusert som pulver og krystall til bruk som slipemiddel og skuddsikkert keramisk platemateriale. Store, enkle krystallkorn kan sammenføyes gjennom sintring for å produsere ekstremt tøff strukturell keramikk; i tillegg brukes det ofte til å lage syntetiske moissanitt-edelstener, kjent som syntetiske moissanitt-edelstener. Silisiumkarbid fungerer også som en halvleder; doping med nitrogen eller fosfor kan gjøre det til et n-type materiale; på samme måte kan beryllium, bor eller aluminium endre det til et p-type materiale, avhengig av hvilke egenskaper det har. doping vil doping vil gjøre det til et n-type halvledermateriale.

Silisiumkarbid har et stort båndgap og høy elektrisk feltstyrke, noe som gjør det egnet for elektroniske enheter som opererer ved ekstremt høye temperaturer eller spenninger. I tillegg er det svært motstandsdyktig mot termiske sjokk, noe som gjør at det er mye brukt. Silisiumkarbid finnes i ulike cellestrukturer (kubisk, romboedrisk eller heksagonal). Hvis det fortettes ved hjelp av leire, kan det hemme nakkevekst samtidig som det forhindrer dannelse av SiO2, som ellers ville redusert elastisitetsmodulen. Ulike studier har undersøkt smelteatferden under høyt trykk ved hjelp av ab initio molekyldynamikksimuleringer basert på tetthetsfunksjonelle teorisimuleringer.

Den har en positiv trykkoeffisient

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt og stivt keramisk materiale som kjennetegnes ved at det tåler høye temperaturer, har lav varmeutvidelseskoeffisient og er motstandsdyktig mot kjemiske reaksjoner. Det finnes i ulike størrelser og former, blant annet som granulat til innkjøp og som skiver som kan brukes til å lage speil til store teleskoper. Produksjonsmetodene for silisiumkarbid spenner fra direkte karbonsyntese til kjemisk dampavsetning.

Studier av trykkavhengigheten til Debye-temperaturer i ZB og RS SiC fra 3100+40 K til 5-8 GPa ved hjelp av slukkeeksperimenter og in situ-målinger har blitt utført ved temperaturer fra 3100+40 K til 5-8 GPa ved hjelp av slukkeeksperimenter og in situ-målinger. Resultatene viser at ved omgivelsestrykk er begge Lammes konstanter (l, m) positive med et økende avvik for m, noe som tyder på økt styrke av ikke-sentrale mangekroppskrefter som involverer ladningsoverføringsinteraksjoner ved høyere trykk, noe som resulterer i mekanisk stivhet i SiCs kompressibilitet.