Свойства карбида кремния

Карбид кремния (SiC) - чрезвычайно прочный материал, обладающий 9-ю баллами твердости по шкале Мооса и эстетической привлекательностью, не уступающей алмазу.

Лаборатории EAG имеют большой опыт анализа SiC на предмет этих свойств с использованием объемных и пространственно разрешенных аналитических методов. Он может служить как электроизолятором, так и полупроводником.

Твердость

Карбид кремния - одно из самых твердых веществ в мире, занимающее девятое место по шкале Мооса и уступающее по твердости только алмазу. Карбид бора и алмаз еще тверже карбида кремния - из них изготавливают режущие инструменты, пуленепробиваемые жилеты, автомобильные детали и зеркала для астрономических телескопов. Твердая и прочная поверхность карбида кремния отлично подходит для использования в качестве абразивов и режущих инструментов, конструкционных материалов (пуленепробиваемые жилеты), автомобильных деталей и зеркал для телескопов!

Термоударная керамика - это чрезвычайно твердая неоксидная керамика. Благодаря своей прочности, высокой теплопроводности, низкому коэффициенту теплового расширения и отличной устойчивости к окислению, она является незаменимым огнеупорным материалом.

Карбид кремния (атомный номер 14) и углерод (атомный номер 6) образуют неорганическое соединение, известное как карбид кремния, с двумя первичными координационными тетраэдрами, сформированными из ковалентно связанных четырех атомов углерода и четырех атомов кремния, ковалентно связанных друг с другом, что создает исключительно прочную и жесткую структуру с тесной упаковкой, обладающую превосходной прочностью и жесткостью; ее политипы могут даже складываться в стопку, образуя политипы. Карбид кремния обладает свойствами полупроводника с широкой полосой пропускания, требуя в три раза меньше энергии для освобождения электронов из орбитальных состояний по сравнению с кремнием.

Устойчивость к коррозии

Важнейшим свойством карбида кремния является его устойчивость к коррозии. Он не только устойчив к самым агрессивным кислотам (соляной, серной и плавиковой), щелочам и растворителям, какие только можно себе представить, а также к окислительным средам, таким как азотная кислота или пар, но и обладает превосходными изоляционными свойствами, защищающими от повреждения экстремальными температурами или электрическими полями.

Спеченный карбид кремния обладает превосходной термостойкостью благодаря своей плотности, твердости, широкой полосе пропускания, позволяющей снизить расход энергии электронов на смещение полосы проводимости, и низкому коэффициенту теплового расширения.

Коррозионная стойкость также может быть повышена за счет наличия спекающих добавок, зернограничных фаз и пористости; их тип и количество зависят от того, насколько быстро коррозия вступает в реакцию с другими средами.

Состояние окисления карбида кремния можно контролировать благодаря тому, что углерод выступает в качестве пассивирующего агента, помогая снизить скорость коррозии и продлить срок службы изделий при воздействии окислительной среды в процессе эксплуатации.

Теплопроводность

Карбид кремния - чрезвычайно твердый материал, находящийся где-то между глиноземом (9 по шкале Мооса) и алмазом (10). Благодаря сочетанию твердости и термической стабильности карбид кремния является отличным материалом для сложных механических применений в деталях, предназначенных для износостойких материалов, а также огнеупоров.

Кроме того, благодаря отличной устойчивости к тепловому удару и низкому коэффициенту теплового расширения силиконовая резина хорошо подходит для использования в высокотемпературных средах и компонентах, используемых в трубопроводных системах.

Карбид кремния можно легировать различными элементами, чтобы изменить его электронные свойства. Легирование азотом или фосфором превращает его в полупроводник n-типа, а легирование бериллием, бором или алюминием - в полупроводник p-типа.

Благодаря разнице между валентной и проводящей полосами карбида кремния электронам сложнее переключаться между двумя полосами, что позволяет ему выдерживать в 10 раз больше электрических полей, прежде чем стать хрупким и разрушиться, чем силикон.

Электропроводность

Карбид кремния обладает рядом электрических свойств, которые можно изменять с помощью легирования. Легирование подразумевает добавление примесей в кристаллическую структуру с целью образования свободных электронов и дырок, проводящих электричество, что дает SiC показатели электропроводности в десятки раз выше, чем у кремния.

Электрические свойства карбида кремния во многом определяются его полосой пропускания. Разница между энергетическими уровнями валентной полосы и полосы проводимости атома определяет, какое электрическое поле он может выдержать. Карбид кремния может похвастаться более широкой полосой, чем его кремниевый аналог, что позволяет ему выдерживать почти вдвое большее напряжение.

Благодаря высокому сопротивлению напряжению неодим идеально подходит для использования в силовых устройствах электромобилей, обеспечивая большую дальность поездки и повышая эффективность управления батареей. Кроме того, его меньший вес по сравнению с альтернативными вариантами, такими как нитрид галлия, позволяет производителям силовой электроники значительно уменьшить размеры и вес, выдерживая при этом высокие температуры с минимальным коэффициентом теплового расширения.