Na čo sa používa karbid kremíka?

Karbid kremíka má mnoho aplikácií a vyrába sa vo forme brúsnych materiálov, keramického prášku a nepriestrelného panciera.

Karborundum (SiC), kryštalická zlúčenina kremíka a uhlíka, je jednou z najtvrdších známych látok s jedinečnými vlastnosťami, vďaka ktorým je výhodná v rôznych priemyselných odvetviach.

Abrazívne

Karbid kremíka je tvrdý a krehký, čo z neho robí účinný brúsny materiál. Výrobcovia ho využívajú pri výrobe výrobkov, ako je brúsny papier; tento materiál sa dodáva v rôznych zrnitostiach od hrubých až po veľmi jemné zrnitosti na brúsne operácie, pričom hrubšie zrnitosti sa používajú na odstraňovanie veľkého množstva materiálu pri počiatočných brúsnych operáciách, zatiaľ čo jemnejšie zrnitosti leštia povrch obrobkov na dosiahnutie hladkých povrchov.

Abrazívny karbid kremíka sa používa vo výrobkoch vyžadujúcich vysokú odolnosť, ako sú napríklad brzdy automobilov a keramické dosky používané v nepriestrelných vestách. Okrem toho sa tento materiál nachádza aj v kompozitných materiáloch, ako je karbid kremíka vystužený uhlíkovými vláknami (CFRC).

Ohňovzdorné

Karbid kremíka je nenahraditeľnou surovinou pri výrobe žiaruvzdorných materiálov. Vďaka stabilným chemickým vlastnostiam, vysokej tepelnej vodivosti, malému koeficientu tepelnej rozťažnosti a vynikajúcej odolnosti proti opotrebovaniu je ideálnym materiálom na výrobu brúsnych materiálov odolných voči vysokým teplotám, ako sú brúsne pásy, brúsne papiere, brúsne kotúče a nástroje na olejové kamene, ako aj obrábacie stroje z monokryštalického kremíka/polykryštalického kremíka.

Kov je veľmi tvrdý a krehký, ale má vysokú tepelnú a mechanickú stabilitu. Vďaka zloženiu z atómov kremíka obklopených atómami uhlíka a kyslíka je odolný voči teplu a mechanickému namáhaniu a má pôsobivý bod topenia.

Čistý karbid kremíka je bezfarebný; priemyselné druhy môžu mať farbu od hnedej po čiernu v dôsledku prímesí železa, hliníka, dusíka alebo voľného uhlíka. Existujú metódy dopovania, ktoré vytvárajú rôzne polovodiče: napríklad karbid kremíka typu n môže byť dopovaný dusíkom alebo fosforom, zatiaľ čo verzie typu p môžu byť dopované hliníkom, bórom alebo gáliom.

Nepriestrelné brnenie

Karbid kremíka je jedným z najtvrdších materiálov na Zemi. Vďaka tomu je ideálny pre nepriestrelné vesty, ktoré nosia policajti a vojaci, a jeho tepelné vlastnosti ho robia odolným voči teplu.

Keramické materiály, ako je tento, sú dobre známe svojou pevnosťou. Okrem toho je keramika vynikajúcim vodičom tepla a elektrickej energie, vďaka čomu je ideálna pre elektronické aplikácie, ako sú výkonové tranzistory. Ďalšou výhodou je odolnosť voči korózii.

Čistý karbid kremíka má viacvrstvovú štruktúru a existuje v rôznych polytypoch alebo odrodách, z ktorých každá sa odlišuje svojou postupnosťou ukladania, ktorá dáva každému typu jedinečnú fyzikálnu charakteristiku - napríklad niektoré formy obsahujú kovalentné väzby medzi štyrmi atómami uhlíka kovalentne viazanými na jeden atóm kremíka, ktoré vytvárajú zložitú sieťovú štruktúru.

Moissanit sa vyrába synteticky a v prírode sa vyskytuje len zriedkavo, hoci malé množstvá môžu existovať ako moissanitové šperky. Moissanit zohráva dôležitú úlohu v elektrických vozidlách, pretože jeho schopnosť odolávať vysokým teplotám umožňuje vozidlám zvýšiť energetickú účinnosť a zároveň znížiť aktívne chladiace systémy, ktoré zvyšujú hmotnosť, náklady a zložitosť.

Polovodičové

Keramika z karbidu kremíka je univerzálna neoxidová keramika, ktorá sa používa v aplikáciách vyžadujúcich mechanickú aj tepelnú pevnosť, ako sú súčiastky odolné proti opotrebovaniu, žiaruvzdorné materiály na reguláciu tepelnej rozťažnosti a polovodičové elektronické zariadenia pracujúce pri vysokých teplotách alebo napätiach. Tvrdosť karbidu kremíka ho robí vhodným na tieto účely, zatiaľ čo jeho tepelná vodivosť z neho robí účinný tepelne odolný materiál. Široká škála jeho použitia presahuje rámec samotných mechanických aplikácií; niektoré príklady sú: abrazíva; súčiastky odolné proti opotrebovaniu; žiaruvzdorné materiály na zabezpečenie tepelnej odolnosti; a zariadenia polovodičovej elektroniky pracujúce pri vysokých teplotách, resp. napätiach.

Kryštalický karbid kremíka tvorí tesne usporiadanú štruktúru zloženú z kovalentne viazaných atómov, ktoré tvoria dva primárne koordinačné tetraédre zložené zo štyroch atómov kremíka a štyroch atómov uhlíka, čo mu dodáva neuveriteľnú tvrdosť a pevnosť. Nanešťastie je nerozpustný vo vode alebo alkohole, ale odolný voči väčšine organických a anorganických kyselín/soli (výnimkou je kyselina fluorovodíková a fluoridy kyseliny).

Polovodiče z karbidu kremíka sa môžu pochváliť širokou pásmovou medzerou, ktorá umožňuje vyrábať oveľa menšie a účinnejšie zariadenia ako ekvivalentné kremíkové (Si), čo otvára možnosť ich využitia pre výkonovú elektroniku v elektrických vozidlách, ako aj pre podporu digitalizačných procesov v priemyselných procesoch.