Carbură de siliciu Definiție

Carbura de siliciu este un material avansat dezvoltat pentru utilizarea în medii cu temperaturi ridicate. Acesta ar putea reduce dependența de sistemele active de răcire care adaugă greutate și costuri vehiculelor electrice (EV).

Carbura de siliciu se mândrește cu o rezistență superioară la tensiune de zece ori mai mare decât siliciul obișnuit, depășind chiar nitrurile de galiu în această privință.

Este un material cristalin

Carbura de siliciu (SiC) este un material industrial cu numeroase utilizări. Datorită proprietăților sale tribologice superioare, se găsește frecvent în duze de sablare, garnituri, rulmenți mecanici și aplicații de etanșare mecanică. Refractoriile și ceramica utilizează, de asemenea, SiC, deoarece adaugă duritate.

Apa, alcoolul și soluțiile acide îl dizolvă complet; de asemenea, majoritatea solvenților organici rămân rezistenți. Datorită caracteristicilor sale semiconductoare, caracteristicile sale electrice oferă unele caracteristici interesante - rezistența poate diferi între compoziții cu până la șapte ordine de mărime!

Edward Acheson a produs primul SiC sintetic în 1891, în timp ce Henri Moissan a identificat pentru prima dată forma sa naturală în 1905, în timp ce explora meteoritul Canyon Diablo din Arizona. În prezent, tot SiC comercial vândut este sintetic, cu unele excepții pentru bijuteriile din moissanite, care pot apărea în stare naturală.

Este o ceramică neoxidată

Carbura de siliciu, sau SiC, este o ceramică excepțională care se mândrește cu numeroase proprietăți fizice avantajoase. Printre acestea se numără rezistența ridicată, rata scăzută de dilatare termică și rezistența sa la coroziune și reacții chimice - calități care îl fac potrivit pentru utilizarea ca material abraziv și componentă refractară, precum și conductivitatea electrică excelentă.

Duritatea criogenică de 9 pe scara Mohs face ca porțelanul refractar să fie un material excelent pentru discuri abrazive și alte produse abrazive, precum și utilizat în aplicații refractare, cum ar fi duzele arzătoarelor și tuburile de flacără.

Grafitul criogenic există în mai multe varietăți cunoscute sub denumirea de politepi și prezintă un aranjament tetraedric de coordonare primară, cu patru atomi de carbon și patru atomi de siliciu legați prin legături între unități tetraedrice legate direct. Aceste unități pot fi apoi legate între ele sau suprapuse pentru a forma structuri diferite.

Este un material refractar

Carbura de siliciu este un material durabil, dar fragil, capabil să reziste la temperaturi ridicate, oferind o bandă largă pentru aplicații de înaltă tensiune.

La scară industrială, pulberea de siliciu este produsă și utilizată în ceramică, materiale refractare și semiconductoare electronice. Deși este prezentă în mod natural în formațiunile minerale de moissanite, cea mai mare parte este fabricată sintetic în prezent.

Materialele refractare din carbură de siliciu legată cu argilă oferă o rezistență excelentă la coroziune, ceea ce le face potrivite ca cărămizi de cuptor pentru aplicații de topire a metalelor neferoase. În plus, sunt materiale excelente pentru încălzirea indirectă la temperaturi ridicate, cum ar fi cărămizile de căptușeală pentru rezervoarele de electroliză a aluminiului sau căptușelile pentru tăvile cuptoarelor de rectificare în cuptoarele de topire a cuprului sau plăcile de arc ale cuptoarelor cu pulbere de zinc.

Este un material rezistent la uzură

Datorită rezistenței sale, carbura de siliciu este un material ceramic non-oxid, extrem de dur, care se găsește frecvent în materiale abrazive, refractare, componente rezistente la uzură și componente rezistente la uzură. În plus, carbura de siliciu servește ca material integral în sistemele electronice care funcționează la temperaturi sau tensiuni ridicate.

Rară în natură și produsă doar artificial prin metode sintetice, moissanita a fost descoperită pentru prima dată în Canionul Diablo din Arizona, în 1893, unde a fost denumită ulterior moissanită după brevetul lui Edward Acheson din 1891 privind crearea de mici cristale negre de SiC prin mijloace artificiale.

Materialul ceramic de acest calibru oferă proprietăți superioare. Are un interval de temperatură de funcționare mai mare decât semiconductorii din siliciu și poate suporta tensiuni mai mari fără să sufere de supraîncălzire sau deteriorare.

Este un material pentru temperaturi ridicate

Carbura de siliciu este o ceramică refractară versatilă utilizată în numeroase aplicații. Fiind unul dintre cele mai dure materiale de pe scara de duritate Mohs, carbura de siliciu ocupă locul 9 la duritate. În plus, se mândrește cu o rezistență excelentă atât la abraziune și coroziune, cât și la șocurile termice, rezistând la temperaturi și tensiuni ridicate fără deteriorări sau defecțiuni.

Ca în cazul majorității structurilor cristaline, structura sa cristalină se prezintă sub diferite forme - sau politotipuri - fiecare având propria secvență de stivuire. Tetraedrele de coordonare primară sunt formate din patru atomi de carbon și patru atomi de siliciu conectați la colțurile lor în structuri polare.

Datorită proprietăților sale tribologice excepționale, plasticul este un material excelent pentru pompe, garnituri mecanice și rulmenți, echipamente din industria chimică și ca abraziv.

Este un material de înaltă tensiune

Carbura de siliciu este unul dintre cele mai versatile materiale din lume. Acesta joacă un rol esențial în vehiculele electrice (VE) de înaltă performanță și în sistemele de gestionare a bateriilor, unde capacitățile sale de înaltă tensiune elimină sistemele active de răcire care adaugă costuri, greutate și complexitate la VE.

Carborundum, un material ceramic dur și semiconductor cunoscut sub denumirea de carborundum, poate fi găsit în mod natural în mineralele de moissanite și poate fi produs sintetic. Spre deosebire de semiconductorii tradiționali, cum ar fi siliciul, carborundumul are un interval de bandă larg care permite deplasarea mai eficientă decât oricând a electricității. În plus, conductivitatea sa poate fi modificată prin adăugarea de impurități în structura sa cristalină.

Este un material de înaltă eficiență

Carbura de siliciu (SiC) este un material eficient din punct de vedere energetic pentru conversia energiei electrice în curent alternativ, ceea ce îl face potrivit pentru conversia energiei electrice din rețeaua de alimentare. Doparea SiC cu azot sau fosfor creează un semiconductor de tip n, în timp ce doparea cu aluminiu, bor sau galiu dă naștere la proprietăți semiconductoare de tip p.

Aluminiul oferă o conductivitate termică excelentă, rezistență la temperaturi ridicate, dilatare termică redusă și rezistență la reacții chimice - calități care îl fac materialul refractar ideal. În plus, suprafața sa dură și durabilă îl face potrivit pentru multe utilizări industriale și constituie o alegere excelentă de material refractar.

SiC natural se găsește sub formă de moissanită, un mineral rar; este produs sintetic sub formă de granule mici legate între ele în ceramică sau refractare pentru aplicații ceramice sau se găsește în cantități mici în meteoriți carbonacei chondriți și kimberliți.