Właściwości węglika krzemu

Węglik krzemu (SiC) jest niezwykle wytrzymałym materiałem o twardości 9 w skali Mohsa i estetycznym wyglądzie, który konkuruje z diamentem.

Laboratoria EAG mają bogate doświadczenie w analizie SiC pod kątem tych właściwości przy użyciu masowych i przestrzennie rozdzielonych technik analitycznych. Może służyć zarówno jako izolator elektryczny, jak i półprzewodnik.

Twardość

Węglik krzemu jest jedną z najtwardszych substancji na świecie, zajmując dziewiąte miejsce w skali Mohsa i ustępując jedynie diamentowi pod względem twardości. Węglik boru i diament są jeszcze twardsze niż węglik krzemu - inne zastosowania węglika krzemu obejmują narzędzia tnące, kamizelki kuloodporne, części samochodowe i zwierciadła do teleskopów astronomicznych. Twarda i wytrzymała powierzchnia węglika krzemu doskonale nadaje się do stosowania jako materiał ścierny i narzędzia tnące, materiały konstrukcyjne (kamizelki kuloodporne), części samochodowe i lustra używane w teleskopach!

Ceramika odporna na szok termiczny jest niezwykle twardą, nietlenkową ceramiką. Ze względu na swoją wytrzymałość, wysoką przewodność cieplną, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i doskonałą odporność na utlenianie; czyni ją to niezastąpionym materiałem ogniotrwałym.

Węglik krzemu (liczba atomowa 14) i węgiel (liczba atomowa 6) tworzą związek nieorganiczny znany jako węglik krzemu, z dwoma podstawowymi czworościanami koordynacyjnymi utworzonymi z kowalencyjnie połączonych czterech atomów węgla i czterech atomów krzemu, tworząc wyjątkowo mocną i sztywną, ściśle upakowaną strukturę o doskonałej wytrzymałości i sztywności; jego wielotypy mogą nawet układać się w stosy, tworząc wielotypy. Węglik krzemu zapewnia właściwości półprzewodnikowe z szerokim pasmem wzbronionym, wymagając trzykrotnie mniej energii do uwolnienia elektronów ze stanów orbitalnych w porównaniu z krzemem.

Odporność na korozję

Najważniejszą właściwością węglika krzemu jest jego odporność na korozję. Jest on nie tylko odporny na najbardziej agresywne kwasy (chlorowodorowy, siarkowy i fluorowodorowy), zasady i rozpuszczalniki, jakie można sobie wyobrazić - a także media utleniające, takie jak kwas azotowy lub para wodna - ale ma nawet doskonałe właściwości izolacyjne przed uszkodzeniem przez ekstremalne temperatury lub pola elektryczne.

Spiekany węglik krzemu oferuje doskonałą odporność termiczną ze względu na swoją gęstą naturę, twardość, charakterystykę półprzewodnika z szerokim pasmem wzbronionym, co pozwala na niższe zużycie energii elektronów na przesunięcie pasma przewodzenia oraz niski współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Odporność na korozję można również zwiększyć poprzez obecność dodatków spiekalniczych, faz na granicy ziaren i porowatości; ich rodzaj i ilość zależy od tego, jak szybko korozja reaguje z innymi środowiskami.

Stany utlenienia węglika krzemu można kontrolować poprzez działanie węgla jako środka pasywującego, co pomaga zmniejszyć szybkość korozji i wydłużyć żywotność produktu, gdy jest on narażony na działanie środowiska utleniającego.

Przewodność cieplna

Węglik krzemu jest niezwykle twardym materiałem, plasującym się gdzieś pomiędzy tlenkiem glinu (9 w skali Mohsa) a diamentem (10). Ze względu na połączenie twardości i stabilności termicznej, węglik krzemu jest doskonałym materiałem do wymagających zastosowań mechanicznych w częściach zaprojektowanych z myślą o materiałach odpornych na zużycie, a także materiałach ogniotrwałych.

Ponadto, ze względu na doskonałą odporność na szok termiczny i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, guma silikonowa doskonale nadaje się do stosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze i komponentach stosowanych w systemach rurowych.

Węglik krzemu może być domieszkowany różnymi pierwiastkami w celu zmiany jego właściwości elektronicznych. Domieszkowanie azotem lub fosforem przekształci go w półprzewodnik typu n, podczas gdy domieszkowanie berylem, borem lub aluminium przekształci go w półprzewodnik typu p.

Różnica między pasmem walencyjnym i pasmem przewodnictwa węglika krzemu utrudnia elektronom przełączanie się między dwoma pasmami, dzięki czemu może on wytrzymać do 10 razy więcej pól elektrycznych, zanim stanie się kruchy i ulegnie zniszczeniu niż silikon.

Przewodność elektryczna

Węglik krzemu oferuje szereg właściwości elektrycznych, które można dostosować poprzez domieszkowanie. Domieszkowanie polega na dodawaniu zanieczyszczeń do struktury krystalicznej w celu utworzenia wolnych elektronów i dziur, które przewodzą prąd elektryczny, dając SiC wartości przewodności dziesięciokrotnie wyższe niż krzem.

Właściwości elektryczne węglika krzemu są w dużej mierze zdeterminowane przez jego pasmo wzbronione. Różnica między poziomami energetycznymi pasma walencyjnego i pasma przewodnictwa atomu określa, jak duże pole elektryczne może on wytrzymać; węglik krzemu ma szerszą przerwę pasmową niż jego krzemowy odpowiednik, co pozwala mu tolerować prawie dwukrotnie większe napięcie.

Wysoka odporność na napięcie sprawia, że neodym idealnie nadaje się do stosowania w urządzeniach zasilających pojazdy elektryczne, zapewniając dłuższe dystanse jazdy i zwiększoną wydajność zarządzania baterią. Co więcej, jego mniejsza waga w porównaniu z alternatywami, takimi jak azotek galu, pozwala producentom elektroniki mocy znacznie zmniejszyć rozmiar i wagę, jednocześnie wytrzymując wysokie temperatury przy minimalnym współczynniku rozszerzalności cieplnej.