Densitatea carburii de siliciu

Carbura de siliciu, denumită mai frecvent Carborundum sau SiC, este un material ceramic dur cu numeroase aplicații. Această substanță versatilă servește ca abraziv, are proprietăți de semiconductor cu bandă largă și poate fi chiar fabricată în componente ceramice structurale.

Producția implică reacția și piroliza polisiloxanilor sub presiune, măcinarea sub formă de pulbere, sinterizarea pentru a forma forme solide, apoi măcinarea pentru modelarea finală a microstructurii. Fiecare etapă joacă un rol esențial în producerea acestui material final, cu rezultate diferite în funcție de metodele de formare utilizate - acestea având o influență semnificativă asupra microstructurii.

Densitatea teoretică

Compoziția densă a carburii de siliciu joacă un rol cheie în capacitatea sa de a rezista la stres chimic, termic și mecanic. Cu proprietăți superioare de duritate și conductivitate termică, carbura de siliciu reprezintă o alegere excelentă de material pentru aplicații de înaltă performanță și cu solicitări ridicate.

Materialele mai dense tind să ofere o rezistență mai mare la coroziune și uzură. În plus, ratele lor scăzute de dilatare/retragere le permit să reziste mai bine la temperaturi extreme - ceea ce le face ideale pentru sistemele electrice și de gaze.

SiC este, de asemenea, foarte rezistent la radiații și are un bandgap neobișnuit de mare în comparație cu alți semiconductori, ceea ce îi permite să funcționeze la temperaturi, tensiuni și frecvențe mult mai ridicate în comparație cu colegii săi. Prin urmare, SiC poate fi utilizat într-o varietate de aplicații electronice și industriale, inclusiv în producția de energie, industria aerospațială și industria auto.

Atingerea unor densități ridicate de SiC poate fi o provocare pentru componentele mari. Dar, cu ajutorul tehnologiei de compresie în rampă, a devenit posibilă obținerea unor densități uniforme de până la 98% din densitatea teoretică. Procesul implică crearea unei dispersii omogene a unui amestec de pulberi de dimensiuni submicronice constând în principal din carbură de siliciu cu un aditiv care conține bor; apoi modelarea acestui amestec de pulberi în corpuri verzi înainte de sinterizare la 1900deg-2100deg C în condiții de atmosferă controlată.

Aditivii care conțin bor trebuie adăugați în timpul amestecării pulberilor într-o cantitate echivalentă cu o parte în greutate de bor elementar la 100 de părți de carbură de siliciu, pentru o densificare sigură fără segregare la granițele granulelor.

Densitatea fizică

Carbura de siliciu (C-Si) este un material artificial compus din carbon (C) și siliciu (Si). Are al doilea cel mai dur grad de duritate Mohs după carbura de bor, 9, și oferă o rezistență excepțională, rezistență la uzură și rezistență la coroziune; de fapt, poate rezista chiar și expunerii la acizii fluorhidric și sulfuric fără să se corodeze - în plus, apa, majoritatea substanțelor chimice, inclusiv alcalii, nu îl pot dizolva! Versatilitatea carburii de siliciu ca material ingineresc o face, de asemenea, populară printre oamenii de știință.

Deoarece poate rezista la operații de tăiere și șlefuire de mare viteză și poate fi utilizat pentru aplicații de sablare abrazivă și prelucrare, emery este utilizat pe scară largă pentru lucrările lapidare moderne datorită durabilității și rentabilității sale. În plus, servește ca materie primă importantă în producerea compușilor de șlefuire și lustruire.

Carbura de siliciu a apărut ca un material principal al tehnologiei spațiale datorită durabilității sale remarcabile și rezistenței la nivelul radiațiilor. Astfel, oglinzile realizate din carbură de siliciu au devenit alegerea câtorva dintre cele mai mari telescoape, cum ar fi misiunile Herschel și BepiColombo, sau pot fi chiar modelate în rame rigide pentru a rezista temperaturilor întâlnite pe Venus și nivelurilor de radiații care depășesc așteptările.

Dovezi experimentale recente demonstrează că a-SiC este stabil în faza sa B1 într-o gamă extinsă de condiții care corespund condițiilor așteptate ale mantalei exoplanetelor bogate în carbon, spre deosebire de comportamentul său pe Pământ, unde se descompune rapid în siliciu și oxigen.

Densitate chimică

Carbura de siliciu, denumită mai frecvent SiC, este un compus chimic format din siliciu (numărul atomic 14) și carbon (numărul atomic 6). Acesta are un aspect irizat de la verde la negru albăstrui și este incombustibil; densitatea sa este de 3,21 grame pe cm3.

Carbura de siliciu se găsește în mod natural în meteoriți, depozite de corindon și depozite de kimberlite în cantități limitate; cu toate acestea, cea mai mare parte a carburii de siliciu utilizate în dispozitivele electronice este produsă sintetic. Edward Acheson a sintetizat pentru prima dată carbura de siliciu pe cale sintetică în 1891, când a încercat să creeze diamante artificiale prin încălzirea argilei și a prafului de cocs într-un cuptor cu arc electric; în acest timp, a observat cristale verzi strălucitoare care semănau cu diamantele atașate la electrozii de carbon și a denumit aceste cristale "moissanite", după tipul de piatră cu care semănau.

SiC este un material semiconductor cu un interval de bandă extrem de larg, care îi permite să funcționeze la temperaturi și tensiuni mai ridicate decât alte materiale semiconductoare. Datorită conductivității sale termice excelente, disiparea căldurii are loc rapid, în timp ce structura sa cristalină densă oferă o rezistență superioară la uzură - perfectă pentru aplicații precum uneltele de tăiere.

Laboratoarele EAG au o vastă experiență în analizarea SiC utilizând atât tehnici analitice în masă, cât și tehnici analitice cu rezoluție spațială. SiC este un material extrem de util pentru fabricarea semiconductorilor, deoarece poate fi dopat cu diverse elemente pentru a-i modifica caracteristicile electrotermice. Asigurarea concentrației și distribuției spațiale a dopanților, eliminând în același timp contaminanții indezirabili, este esențială pentru crearea de produse semiconductoare de înaltă calitate.

Densitate termică

Carbura de siliciu este un material extrem de dens și una dintre cele mai dure substanțe disponibile, oferind o rezistență excelentă la coroziune ca material ceramic care ar putea reduce sistemele active de răcire din vehiculele electrice.

Carbura de siliciu (SiC) este un solid gri deschis legat covalent, cu duritatea relativă a diamantului pe scara Mohs. Refractoriile care posedă aceste proprietăți sunt ideale pentru utilizare, deoarece SiC are un punct de topire ridicat, conductivitate termică și rate scăzute de dilatare termică.

Carbura de siliciu poate fi dopată cu azot sau fosfor pentru a forma un semiconductor de tip n; sau dopată cu beriliu, bor, aluminiu și galiu pentru a face un semiconductor de tip p. Datorită bandgap-ului său larg, care îi permite să suporte o tensiune de trei ori mai mare decât semiconductorii standard din siliciu. Carbura de siliciu a devenit materialul de bază pentru producția de dispozitive electronice datorită utilizării sale pe scară largă ca material pentru componente electronice.

Există depozite naturale de SiC în anumite mostre de meteoriți, depozite de corindon și kimberlite, dar majoritatea SiC industrial este produs sintetic. Variantele SSiC și SiSiC se numără printre cele mai frecvent utilizate materiale pentru condiții dificile, cum ar fi imprimarea 3D, producția balistică, producția chimică și aplicațiile tehnologiei energetice, precum și componentele sistemelor de conducte, datorită proprietăților lor termice; densitatea lor mai mare decât cuarțul pur face din acești compuși un înlocuitor metalic atractiv și oferă proprietăți bune de rigiditate, duritate și rezistență la temperaturi ridicate care rivalizează cu proprietățile termice ale cuarțului pur comparativ cu cuarțul pur și rezistența la temperaturi ridicate, făcând din acești compuși alternative atractive de înlocuire a metalelor.