Для чего используется карбид кремния?

Карбид кремния имеет множество применений и выпускается в виде абразивов, керамического порошка и пуленепробиваемой брони.

Карборунд (SiC), кристаллическое соединение кремния и углерода, - одно из самых твердых известных веществ, обладающее уникальными свойствами, которые делают его полезным в различных отраслях промышленности.

Абразив

Карбид кремния твердый и хрупкий, что делает его эффективным абразивным материалом. Производители используют его в производстве таких продуктов, как наждачная бумага; этот материал бывает разной зернистости - от крупной до очень мелкой - для шлифовальных операций: более крупные используются для удаления большого количества массы при начальном шлифовании, а более мелкие полируют поверхности деталей для получения гладких поверхностей.

Абразивный карбид кремния используется в изделиях, требующих высокой износостойкости, таких как автомобильные тормоза и керамические пластины, применяемые в пуленепробиваемых жилетах. Кроме того, этот материал можно встретить в композитных материалах, таких как карбид кремния, армированный углеродным волокном (CFRC).

Тугоплавкие

Карбид кремния является незаменимым сырьем в производстве огнеупорных материалов. Обладая стабильными химическими свойствами, высокой теплопроводностью, малым коэффициентом теплового расширения и отличной износостойкостью, он является идеальным материалом для создания устойчивых к высоким температурам абразивных материалов, таких как ленточные абразивы, наждачная бумага, шлифовальные круги и инструменты из нефтяного камня, а также станков с монокристаллическим кремнием/поликристаллическим кремнием.

Металл очень твердый и хрупкий, но при этом обладает высокой термической и механической стабильностью. Состоящий из атомов кремния, окруженных атомами углерода и кислорода, он устойчив к нагреванию и механическим нагрузкам, а также имеет впечатляющую температуру плавления.

Чистый карбид кремния бесцветен; цвет промышленных образцов может варьироваться от коричневого до черного из-за включений железа, алюминия, азота или свободного углерода. Существуют методы легирования, которые позволяют создавать различные полупроводники: например, карбид кремния n-типа может быть легирован азотом или фосфором, а карбиды p-типа - легированы алюминием, бором или галлием.

Пуленепробиваемая броня

Карбид кремния - один из самых твердых материалов на Земле. Благодаря этому он идеально подходит для изготовления пуленепробиваемых жилетов, которые носят полицейские и военные, а его термические свойства делают его устойчивым к нагреванию.

Керамические материалы, подобные этому, хорошо известны своей прочностью. Кроме того, керамика является отличным проводником тепла и электричества, что делает ее идеальным материалом для электронных устройств, таких как силовые транзисторы. Кроме того, еще одним преимуществом является устойчивость к коррозии.

Чистый карбид кремния обладает многослойной структурой и существует в различных политипах или разновидностях, каждая из которых отличается последовательностью укладки, что придает каждому типу уникальные физические характеристики - например, некоторые формы содержат ковалентные связи между четырьмя атомами углерода, ковалентно связанными с одним атомом кремния, образуя сложную сетевую структуру.

Муассанит производится синтетическим путем и в природе встречается крайне редко, хотя в небольших количествах может существовать в виде драгоценностей из муассанита. Муассанит играет важную роль в электромобилях, поскольку его способность выдерживать высокие температуры позволяет автомобилям стать более энергоэффективными, при этом уменьшая количество активных систем охлаждения, которые увеличивают вес, стоимость и сложность.

Полупроводник

Керамика из карбида кремния - это универсальная неоксидная керамика, используемая в областях, требующих как механической, так и термической прочности, например, для изготовления износостойких деталей; огнеупоров для повышения жаропрочности; огнеупорных материалов для контроля теплового расширения; устройств полупроводниковой электроники, работающих при высоких температурах или напряжениях. Твердость карбида кремния делает его пригодным для этих целей, а теплопроводность - эффективным термостойким материалом. Широкий спектр его применения выходит за рамки только механических применений; вот некоторые примеры: абразивные материалы; износостойкие детали; огнеупоры для термостойкости; полупроводниковые электронные приборы, работающие при высоких температурах или напряжениях соответственно.

Кристаллический карбид кремния представляет собой плотную структуру, состоящую из ковалентно связанных атомов, которые образуют два первичных координационных тетраэдра, состоящих из четырех атомов кремния и четырех атомов углерода, что придает ему невероятную твердость и прочность. К сожалению, он нерастворим в воде или спирте, но устойчив к большинству органических и неорганических кислот/солей (исключение составляют фтористоводородная кислота и фториды кислот).

Полупроводники из карбида кремния обладают широкой полосой пропускания, что позволяет создавать гораздо более компактные и эффективные устройства, чем аналогичные кремниевые (Si), открывая возможность их использования для силовой электроники в электромобилях, а также для поддержки процессов оцифровки в промышленных процессах.