Karbid kremíka je moderný materiál vyvinutý na použitie v prostredí s vysokou teplotou. Mohol by znížiť závislosť od aktívnych chladiacich systémov, ktoré zvyšujú hmotnosť a náklady elektrických vozidiel (EV).
Karbid kremíka sa môže pochváliť vynikajúcou napäťovou odolnosťou, ktorá je desaťkrát vyššia ako pri bežnom kremíku a v tomto ohľade dokonca prekonáva nitrid gália.
Je to kryštalický materiál
Karbid kremíka (SiC) je priemyselný materiál s mnohými spôsobmi použitia. Vďaka svojim vynikajúcim tribologickým vlastnostiam sa bežne nachádza v tryskacích dýzach, tesneniach, mechanických ložiskách a mechanických tesneniach. V žiaruvzdorných materiáloch a keramike sa tiež používa SiC, pretože dodáva tvrdosť.
Voda, alkohol a roztoky kyselín ho úplne rozpúšťajú; odolná zostáva aj väčšina organických rozpúšťadiel. Vďaka jeho polovodičovým vlastnostiam ponúkajú jeho elektrické charakteristiky niektoré zaujímavé vlastnosti - odpor sa môže líšiť v rôznych zloženiach až o sedem rádov!
Edward Acheson prvýkrát vyrobil syntetický SiC v roku 1891, zatiaľ čo Henri Moissan prvýkrát identifikoval jeho prirodzenú formu v roku 1905 pri skúmaní meteoritu Canyon Diablo v Arizone. Dnes je všetok komerčne predávaný SiC syntetický, s určitými výnimkami v prípade moissanitových šperkov, ktoré sa môžu vyskytovať v prírode.
Je to nonoxidová keramika
Karbid kremíka alebo SiC je vynikajúca keramika, ktorá sa môže pochváliť mnohými výhodnými fyzikálnymi vlastnosťami. Patrí medzi ne vysoká pevnosť, nízka tepelná rozťažnosť a odolnosť voči korózii a chemickým reakciám - vlastnosti, ktoré ho predurčujú na použitie ako abrazívny materiál a žiaruvzdorný komponent, ako aj jeho vynikajúca elektrická vodivosť.
Kryogénna tvrdosť 9 na Mohsovej stupnici robí zo žiaruvzdorného porcelánu vynikajúci materiál na brúsne kotúče a iné abrazívne výrobky, ako aj na použitie v žiaruvzdorných aplikáciách, ako sú dýzy horákov a plameňové trubice.
Kryogénny grafit existuje v niekoľkých variantoch známych ako polytypy a vyznačuje sa primárnym koordinačným tetraedrickým usporiadaním so štyrmi atómami uhlíka a štyrmi atómami kremíka viazanými väzbami medzi tetraedrickými jednotkami viazanými priamo. Tieto jednotky môžu byť potom navzájom spojené alebo poskladané do rôznych štruktúr.
Je to žiaruvzdorný materiál
Karbid kremíka je odolný, ale krehký materiál, ktorý je schopný odolávať vysokým teplotám a vyznačuje sa širokou pásmovou medzerou pre vysokonapäťové aplikácie.
V priemyselnom meradle sa kremičitý prášok vyrába a používa v keramike, žiaruvzdorných materiáloch a polovodičovej elektronike. Hoci sa prirodzene vyskytuje v minerálnych formáciách moissanitu, väčšina sa dnes vyrába synteticky.
Žiaromateriály z karbidu kremíka viazané hlinou majú vynikajúcu odolnosť proti korózii, vďaka čomu sú vhodné ako tehly do pecí na tavenie neželezných kovov. Okrem toho sú skvelými materiálmi na vysokoteplotné nepriame ohrievanie, napríklad ako vyzdievacie tehly pre nádrže na elektrolýzu hliníka alebo ako vyzdievky zásobníkov rektifikačných pecí v taviacich peciach na meď alebo oblúkové dosky zinkových práškových pecí.
Je to materiál odolný voči opotrebovaniu
Karbid kremíka je extrémne tvrdý neoxidový keramický materiál, ktorý sa vďaka svojej pevnosti bežne používa v abrazívach, žiaruvzdorných materiáloch, súčiastkach odolných proti opotrebovaniu a súčiastkach odolných proti opotrebovaniu. Okrem toho karbid kremíka slúži ako neoddeliteľný materiál v elektronických systémoch, ktoré pracujú pri zvýšených teplotách alebo napätí.
Moissanit, ktorý je v prírode vzácny a vyrába sa len umelo syntetickými metódami, bol prvýkrát objavený v arizonskom kaňone Diablo v roku 1893, kde bol neskôr pomenovaný moissanit podľa patentu Edwarda Achesona z roku 1891 na vytváranie malých čiernych kryštálikov SiC umelou cestou.
Keramický materiál tohto kalibru má vynikajúce vlastnosti. Má vyšší rozsah pracovných teplôt ako kremíkové polovodiče a zvládne vyššie napätie bez toho, aby sa prehrial alebo poškodil.
Je to vysokoteplotný materiál
Karbid kremíka je univerzálna žiaruvzdorná keramika, ktorá sa používa v mnohých aplikáciách. Karbid kremíka je jedným z najtvrdších materiálov na Mohsovej stupnici tvrdosti a patrí mu 9. miesto v tvrdosti. Okrem toho sa môže pochváliť vynikajúcou odolnosťou voči oderu a korózii, ako aj tepelným šokom, pričom odoláva vysokým teplotám a napätiam bez poškodenia alebo poruchy.
Tak ako väčšina kryštalických štruktúr, aj jeho kryštálová štruktúra sa vyskytuje v rôznych formách - alebo polytypoch - z ktorých každá má vlastnú postupnosť ukladania. Primárne koordinačné tetraédre pozostávajú zo štyroch atómov uhlíka a štyroch atómov kremíka spojených v rohoch do polárnych štruktúr.
Vďaka svojim výnimočným tribologickým vlastnostiam je plast vynikajúcim materiálom pre čerpadlá, mechanické tesnenia a ložiská, zariadenia chemického priemyslu a ako abrazívum.
Je to vysokonapäťový materiál
Karbid kremíka je jedným z najvšestrannejších materiálov na svete. Zohráva zásadnú úlohu vo vysokovýkonných elektrických vozidlách (EV) a systémoch riadenia batérií, kde jeho vysokonapäťové schopnosti eliminujú aktívne chladiace systémy, ktoré zvyšujú náklady, hmotnosť a zložitosť EV.
Karborundum, tvrdý keramický a polovodičový materiál všeobecne známy ako karborundum, sa prirodzene nachádza v mineráloch moissanitu a vyrába sa aj synteticky. Na rozdiel od tradičných polovodičov, ako je kremík, karborundum má širokú pásmovú medzeru, ktorá umožňuje efektívnejší pohyb elektrickej energie ako kedykoľvek predtým. Okrem toho sa jeho vodivosť dá upraviť pridaním prímesí do jeho kryštálovej štruktúry.
Je to vysoko účinný materiál
Karbid kremíka (SiC) je energeticky účinný materiál na premenu elektrickej energie na striedavý prúd, takže je vhodný na premenu elektrickej energie zo siete. Dopovanie SiC dusíkom alebo fosforom vytvára polovodič typu n, zatiaľ čo dopovanie hliníkom, bórom alebo gáliom vedie k vlastnostiam polovodiča typu p.
Hliník má vynikajúcu tepelnú vodivosť, vysokú teplotnú pevnosť, nízku tepelnú rozťažnosť a odolnosť voči chemickým reakciám - vlastnosti, ktoré z neho robia ideálny žiaruvzdorný materiál. Okrem toho je vďaka svojmu tvrdému a odolnému povrchu vhodný na mnohé priemyselné použitia a predstavuje vynikajúcu voľbu žiaruvzdorného materiálu.
Prírodný SiC sa nachádza ako vzácny minerál moissanit; synteticky sa vyrába v malých zrnách spojených do keramiky alebo žiaruvzdorných materiálov na keramické účely alebo sa v malom množstve nachádza v uhlíkatých chondritových meteoritoch a kimberlitoch.