Формула карбида кремния

Карбид кремния (SiC) - это чрезвычайно твердое синтетическое соединение кремния и углерода, которое встречается в природе в виде драгоценного камня муассанита и, в меньшей степени, в углеродистых хондритовых метеоритах.

Получаемый путем плавления кварцевого песка и кокса при высоких температурах в электрической печи, кварц существует по меньшей мере в 70 различных кристаллических формах; наиболее распространена альфа-форма с гексагональной кристаллической структурой, похожей на вюртцит.

Физические свойства

Карбид кремния, чаще называемый карборундом, - это неоксидное керамическое соединение с исключительными свойствами твердости и химической стойкости, уступающими только алмазу. Кроме того, карбид кремния в чистом виде противостоит окислению при высоких температурах, что обеспечивает более надежную электропроводность и проводимость.

Нагрейте кварцевый песок с углеродом в электрической печи, чтобы получить SiC. Полученный кристаллический материал от зеленого до синевато-черного цвета можно разделить на сорта с различными физическими свойствами: например, металлургический сорт A имеет грубые слои, а кристаллы сорта b образуют более гладкие структуры.

Эти политипные слоистые структуры обладают отличительными электрическими, оптическими и тепловыми свойствами. Их атомные связи состоят из четырех атомов кремния, соединенных с четырьмя атомами углерода в виде неправильного квадрата, образующего четыре гексагональных кристалла; это обеспечивает полупроводниковые свойства с широкой полосой пропускания. Экструзией или холодным изостатическим прессованием этим материалам можно придать форму стержней или трубок для использования в качестве стержней и трубок.

Химические свойства

Карбид кремния (SiC), чаще называемый карборундом, представляет собой прочное химическое соединение кремния и углерода, обладающее полупроводниковыми свойствами с широкой полосой пропускания. Тугоплавкий по своей природе, SiC также известен своей высокой теплопроводностью и низким тепловым расширением, что делает его очень устойчивым к тепловым ударам.

Кристаллический SiC имеет плотную структуру с четырьмя атомами кремния и четырьмя атомами углерода, связанными в тетраэдрической координации, и насчитывает более 70 политипов; альфа SiC чаще всего встречается при температурах выше 2000 градусов Цельсия с гексагональной кристаллической структурой, похожей на вюрцит. В то же время при более низких температурах встречается бета-модификация с кристаллической структурой цинкобленда, похожей на алмаз, и образованием сфалерита.

Карборунд - чрезвычайно редкое в природе вещество, но основной элемент в богатых углеродом космических метеоритах. Впервые искусственно синтезированный в 1891 году Эдвардом Ачесоном в рамках его работы по созданию искусственных алмазов, этот материал был обнаружен в естественных условиях в аризонском метеорите Каньон Дьябло в 1893 году и назван муассанитом в честь нобелевского лауреата Анри Муассана.

Механические свойства

Карбид кремния имеет чрезвычайно твердую поверхность с рейтингом 9 по шкале Мооса, что делает его самой твердой неоксидной керамикой и одним из самых твердых материалов в целом. Он является отличным материалом для применения в областях, связанных с механическим износом, таких как абразивные материалы и огнеупоры, и при этом обладает хорошими тепловыми свойствами, выдерживая воздействие высоких температур, а также тепловой удар.

Кремний заменяет половину атомов углерода, обеспечивая улучшенные теплопроводные свойства благодаря схожему атомному радиусу кремния и углерода, что помогает уменьшить рассеяние фононов.

Карбид кремния выглядит как желто-зеленые или синевато-черные переливающиеся кристаллы, которые сублимируются при разложении при температуре 2700 градусов Цельсия. Хотя SiC нерастворим в воде, он растворим в расплавленных щелочах, таких как NaOH и KOH, а также в расплавленном железе. Модуль Юнга и твердость определяются текстурой, дефектами укладки, размером зерна и характером границ зерен.

Электрические свойства

Широкая полоса пропускания карбида кремния позволяет ему выдерживать более высокие температуры и напряжения, чем кремний, что делает его подходящим для приложений, требующих быстрых, но надежных электронных устройств. Кроме того, его способность выдерживать такое напряжение неоценима в аккумуляторных системах электромобилей, которые позволяют уменьшить размер и вес, полностью отказавшись от инверторов.

SiC - популярный материал благодаря сочетанию керамических и полупроводниковых свойств, что способствует развитию электронных технологий. Кроме того, его твердость, прочность, низкое тепловое расширение и устойчивость к химическим реакциям способствуют росту его популярности.

Карбид кремния получают путем нагревания чистого кварцевого песка с углеродом в электрической печи, в результате чего образуются слитки металлургических и абразивных марок, называемых a-SiC и b-SiC в зависимости от качества и предполагаемого использования. После формирования слитков их разрезают на части различных размеров и форм в зависимости от желаемого применения, а затем смешивают с дополнительными элементами, такими как алюминий или азот, для придания необходимых характеристик.