Tettheten til silisiumkarbid

Silisiumkarbid, bedre kjent som Carborundum eller SiC, er et hardt keramisk materiale med mange bruksområder. Dette allsidige stoffet brukes som slipemiddel, har halvlederegenskaper med bredt båndgap og kan til og med bearbeides til strukturelle keramiske komponenter.

Produksjonen innebærer å la polysiloksaner reagere og pyrolysere under trykk, male dem til pulverform, sintre dem til faste former og deretter male dem for å oppnå den endelige mikrostrukturen. Hvert trinn spiller en avgjørende rolle i fremstillingen av dette endelige materialet, og resultatene varierer avhengig av hvilke formingsmetoder som benyttes – noe som har stor innvirkning på mikrostrukturen.

Teoretisk tetthet

Silisiumkarbids tette sammensetning spiller en avgjørende rolle for dets evne til å motstå kjemisk, termisk og mekanisk belastning. Med sine overlegne egenskaper når det gjelder hardhet og varmeledningsevne er silisiumkarbid et utmerket materialvalg for bruksområder som krever høy ytelse og tåler stor belastning.

Materialer med høyere tetthet har som regel bedre motstand mot korrosjon og slitasje. I tillegg gjør deres lave utvidelses- og krympningsgrad at de tåler ekstreme temperaturer bedre – noe som gjør dem ideelle for elektriske anlegg og gassanlegg.

SiC er også svært motstandsdyktig mot stråling og har et uvanlig stort båndgap sammenlignet med andre halvledere, noe som gjør at det kan brukes ved mye høyere temperaturer, spenninger og frekvenser enn tilsvarende materialer. SiC brukes derfor i en rekke elektroniske og industrielle anvendelser, blant annet innen kraftproduksjon, luftfart og bilindustrien.

Det kan være utfordrende å oppnå høye tettheter av SiC for store komponenter. Men med rampkompresjonsteknologi er det nå mulig å oppnå jevne tettheter på opptil 98% av den teoretiske tettheten. Prosessen innebærer å lage en homogen dispersjon av en pulverblanding i submikronstørrelse som hovedsakelig består av silisiumkarbid med et tilsetningsstoff som inneholder bor; deretter formes denne pulverblandingen til råemner før den sintres ved 1900deg-2100deg C under kontrollerte atmosfæriske forhold.

Borholdige tilsetningsstoffer bør tilsettes under pulverblandingen i en mengde som tilsvarer én vektdel elementært bor per 100 vektdeler silisiumkarbid, for å sikre en sikker fortetting uten segregering ved korngrensene.

Fysisk tetthet

Silisiumkarbid (C-Si) er et syntetisk materiale som består av karbon (C) og silisium (Si). Det har den nest høyeste Mohs-hardheten etter borkarbid, med en verdi på 9, og har eksepsjonell styrke, slitestyrke og korrosjonsbestandighet; faktisk tåler det til og med eksponering for fluorvannsyre og svovelsyre uten å bli korrodert – i tillegg kan verken vann eller de fleste kjemikalier, inkludert alkalier, oppløse det! Silisiumkarbids allsidighet som konstruksjonsmateriale gjør det også populært blant forskere.

Siden emery tåler skjæring og sliping ved høye hastigheter, i tillegg til å kunne brukes til sandblåsing og maskinering, er det svært utbredt i moderne edelstenssliping på grunn av sin holdbarhet og kostnadseffektivitet. Videre fungerer det som et viktig råmateriale i produksjonen av slip- og poleringsmidler.

Silisiumkarbid har blitt et av de viktigste materialene innen romfartsteknologi på grunn av sin enestående holdbarhet og motstandsdyktighet mot stråling. Derfor er speil laget av silisiumkarbid blitt det foretrukne valget for flere av de største teleskopene, som for eksempel Herschel- og BepiColombo-oppdragene, og kan til og med formes til stive rammer som tåler temperaturene på Venus og strålingsnivåer som overgår forventningene.

Nyere eksperimentelle funn viser at a-SiC er stabilt i sin B1-fase under et bredt spekter av forhold som samsvarer med forventede mantelforhold på karbonrike eksoplaneter, i motsetning til hvordan det oppfører seg på Jorden, hvor det raskt brytes ned til silisiumdioksid og oksygen.

Kjemisk tetthet

Silisiumkarbid, oftere kalt SiC, er en kjemisk forbindelse som består av silisium (atomnummer 14) og karbon (atomnummer 6). Det har et iriserende utseende som varierer fra grønt til blåsvart og er ikke-brennbart; tettheten er 3,21 gram per kubikkcentimeter.

Silisiumkarbid forekommer naturlig i meteoritter, korundforekomster og kimberlittforekomster i begrensede mengder; det meste av silisiumkarbidet som brukes i elektroniske enheter, produseres imidlertid syntetisk. Edward Acheson syntetiserte silisiumkarbid for første gang i 1891 da han forsøkte å lage kunstige diamanter ved å varme opp leire og pulverisert koks i en lysbueovn; under dette arbeidet la han merke til lysegrønne krystaller som lignet på diamanter festet til karbonelektroder, og han ga disse krystallene navnet “moissanitt” etter den steintypen de lignet på.

SiC er et halvledermateriale med et ekstremt bredt båndgap, noe som gjør at det kan brukes ved høyere temperaturer og spenninger enn andre halvledermaterialer. Takket være den utmerkede varmeledningsevnen skjer varmeavledningen raskt, mens den tette krystallstrukturen gir overlegen slitestyrke – noe som gjør det perfekt for bruksområder som skjæreverktøy.

EAG Laboratories har omfattende erfaring med analyse av SiC ved hjelp av både bulk- og romlig oppløste analyseteknikker. SiC er et svært nyttig materiale for produksjon av halvledere, da det kan doteres med ulike elementer for å endre dets elektrotermiske egenskaper. Å sikre konsentrasjonen og den romlige fordelingen av doteringsstoffer, samtidig som uønskede forurensninger fjernes, er av avgjørende betydning for å fremstille halvlederprodukter av høy kvalitet.

Termisk tetthet

Silisiumkarbid er et ekstremt tett materiale og et av de hardeste stoffene som finnes, og har utmerket korrosjonsbestandighet som keramisk materiale – noe som muligens kan redusere behovet for aktive kjølesystemer i elektriske kjøretøy.

Silisiumkarbid (SiC) er et kovalent bundet, lysegrått fast stoff med en relativ hardhet som tilsvarer diamant på Mohs-skalaen. Ildfaste materialer med disse egenskapene er ideelle for bruk, da SiC har høyt smeltepunkt, god varmeledningsevne og lav termisk utvidelse.

Silisiumkarbid kan doteres med nitrogen eller fosfor for å danne en n-type halvleder, eller doteres med beryllium, bor, aluminium og gallium for å danne en p-type halvleder. Takket være det brede båndgapet kan det tåle tre ganger høyere spenning enn vanlige silisiumhalvledere. Silisiumkarbid har blitt det foretrukne materialet for produksjon av elektroniske enheter på grunn av dets brede anvendelse som materiale i elektroniske komponenter.

Naturlige SiC-forekomster finnes i visse meteorittprøver, korundforekomster og kimberlitt, men det meste av det industrielle SiC-et fremstilles syntetisk. SSiC- og SiSiC-varianter er blant de mest brukte materialene under krevende forhold som 3D-utskrift, produksjon av ballistikk, kjemisk produksjon og anvendelser innen energiteknologi, samt komponenter til rørsystemer, på grunn av deres termiske egenskaper; Deres høyere tetthet enn ren kvarts gjør disse forbindelsene til et attraktivt alternativ til metall, og de har god stivhet, hardhet og høy temperaturbestandighet som kan måle seg med ren kvarts’ termiske egenskaper og høy temperaturbestandighet, noe som gjør disse forbindelsene til attraktive alternativer til metall.