Vlastnosti karbidu kremíka

Karbid kremíka (SiC) je mimoriadne odolný materiál s extrémne tvrdou tvrdosťou podľa Mohsovej stupnice 9 a estetickým vzhľadom, ktorý sa vyrovná diamantu.

Laboratóriá EAG majú rozsiahle skúsenosti s analýzou SiC na tieto vlastnosti pomocou objemových a priestorovo rozlíšených analytických techník. Môže slúžiť ako elektrický izolant aj ako polovodič.

Tvrdosť

Karbid kremíka je jednou z najtvrdších látok na svete, na Mohsovej stupnici je na deviatom mieste a z hľadiska tvrdosti je druhý za diamantom. Karbid bóru a diamant sú ešte tvrdšie ako karbid kremíka - medzi jeho ďalšie použitia patria rezné nástroje, nepriestrelné vesty, automobilové súčiastky a zrkadlá pre astronomické teleskopy. Tvrdý a pevný povrch karbidu kremíka je skvelý na použitie ako rezné brúsivo a rezné nástroje, konštrukčné materiály (nepriestrelné vesty), automobilové súčiastky a zrkadlá používané ďalekohľadmi!

Keramika odolná voči tepelným šokom je extrémne tvrdá neoxidová keramika. Vďaka svojej pevnosti, vysokej tepelnej vodivosti, nízkej tepelnej rozťažnosti a vynikajúcej odolnosti proti oxidácii je nenahraditeľným žiaruvzdorným materiálom.

Karbid kremíka (atómové číslo 14) a uhlík (atómové číslo 6) tvoria anorganickú zlúčeninu známu ako karbid kremíka s dvoma primárnymi koordinačnými tetraédrami tvorenými kovalentne viazanými štyrmi atómami uhlíka a štyrmi atómami kremíka, ktoré sú kovalentne spojené, čím vytvárajú výnimočne pevnú a tuhú tesne uloženú štruktúru s vynikajúcou pevnosťou a tuhosťou; jej polytypy sa dokonca môžu ukladať na seba a vytvárať polytypy. Karbid kremíka poskytuje vlastnosti polovodiča so širokou pásmovou medzerou, ktorý vyžaduje trikrát menej energie na uvoľnenie elektrónov z orbitálnych stavov v porovnaní s kremíkom.

Odolnosť proti korózii

Najdôležitejšou vlastnosťou karbidu kremíka je jeho odolnosť voči korózii. Nielenže je odolný voči najagresívnejším kyselinám (chlorovodíkovej, sírovej a fluorovodíkovej), zásadám a rozpúšťadlám, aké si len možno predstaviť, ako aj voči oxidačným médiám, ako je kyselina dusičná alebo vodná para, ale dokonca sa môže pochváliť vynikajúcimi izolačnými vlastnosťami proti poškodeniu extrémnymi teplotami alebo elektrickými poľami.

Spekaný karbid kremíka ponúka vynikajúcu tepelnú odolnosť vďaka svojej hustote, tvrdosti, vlastnostiam polovodiča so širokým pásmom, ktoré umožňujú nižšiu spotrebu energie elektrónov na posun vodivostného pásma, a nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti.

Odolnosť proti korózii možno zvýšiť aj prítomnosťou spekaných prísad, fáz na hranici zrna a pórovitosti; ich typ a množstvo závisí od toho, ako rýchlo korózia reaguje s inými prostrediami.

Oxidačné stavy karbidu kremíka možno kontrolovať prostredníctvom pôsobenia uhlíka ako pasivačného činidla, čo pomáha znižovať mieru korózie a predlžovať životnosť výrobkov vystavených oxidačným prostrediam v prevádzke.

Tepelná vodivosť

Karbid kremíka je mimoriadne tvrdý materiál, ktorý sa nachádza niekde medzi oxidom hlinitým (9 na Mohsovej stupnici) a diamantom (10). Vďaka kombinácii tvrdosti a tepelnej stability je karbid kremíka vynikajúcou voľbou materiálu pre náročné mechanické aplikácie v súčiastkach určených na odolávanie opotrebovaniu, ako aj v žiaruvzdorných materiáloch.

Vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči tepelným šokom a nízkej tepelnej rozťažnosti je silikónová guma vhodná aj na použitie v prostredí s vysokými teplotami a na komponenty používané v potrubných systémoch.

Karbid kremíka možno dopovať rôznymi prvkami, aby sa zmenili jeho elektronické vlastnosti. Dopovanie dusíkom alebo fosforom ho zmení na polovodič typu n, zatiaľ čo dopovanie berýliom, bórom alebo hliníkom ho zmení na polovodič typu p.

Rozdiel medzi valenčným a vodivostným pásmom karbidu kremíka sťažuje prepínanie elektrónov medzi týmito dvoma pásmami, čo mu umožňuje vydržať až 10-krát viac elektrických polí, než sa stane krehkým a rozpadne sa, ako to dokáže silikón.

Elektrická vodivosť

Karbid kremíka ponúka celý rad elektrických vlastností, ktoré sa dajú prispôsobiť dopovaním. Dopovanie zahŕňa pridávanie prímesí do jeho kryštálovej štruktúry s cieľom vytvoriť voľné elektróny a diery, ktoré vedú elektrický prúd, čím sa dosiahnu hodnoty vodivosti SiC desaťkrát vyššie ako u kremíka.

Elektrické vlastnosti karbidu kremíka sú do veľkej miery dané jeho pásmovou medzerou. Tento rozdiel medzi energetickými hladinami valenčného a vodivostného pásma atómu určuje, aké veľké elektrické pole môže vydržať; karbid kremíka sa môže pochváliť širšou pásmovou medzerou ako jeho kremíkový náprotivok, čo mu umožňuje znášať takmer dvakrát väčšie napätie.

Vďaka vysokému napäťovému odporu je neodým ideálny na použitie v napájacích zariadeniach elektrických vozidiel, ktoré zabezpečujú dlhšiu dojazdovú vzdialenosť a vyššiu účinnosť riadenia batérie. Okrem toho jeho nižšia hmotnosť v porovnaní s alternatívami, ako je napríklad nitrid gália, umožňuje výrobcom výkonovej elektroniky výrazne znížiť rozmery a hmotnosť a zároveň odolávať vysokým teplotám s minimálnym koeficientom tepelnej rozťažnosti.

Vlastnosti karbidu kremíka

sk_SKSlovak
Návrat hore