Gostota silicijevega karbida

Silicijev karbid, pogosteje imenovan karborund ali SiC, je trd keramični material s številnimi možnostmi uporabe. Ta vsestranska snov služi kot abraziv, ima lastnosti polprevodnika s široko pasovno vrzeljo in jo je mogoče izdelati celo v strukturne keramične komponente.

Proizvodnja vključuje reakcijo in pirolizo polisiloksanov pod pritiskom, mletje v obliki prahu, sintranje za oblikovanje trdnih oblik, nato pa mletje za končno mikrostrukturno oblikovanje. Vsak korak je sestavni del proizvodnje tega končnega materiala, pri čemer so rezultati različni glede na uporabljene metode oblikovanja, ki pomembno vplivajo na mikrostrukturo.

Teoretična gostota

Gosta sestava silicijevega karbida ima ključno vlogo pri njegovi odpornosti na kemične, toplotne in mehanske obremenitve. Silicijev karbid je z vrhunsko trdoto in toplotno prevodnostjo odličen material za visoko zmogljive aplikacije in aplikacije z visokimi obremenitvami.

Gostejši materiali so običajno bolj odporni proti koroziji in obrabi. Poleg tega zaradi nizke stopnje raztezanja/krčenja bolje prenašajo ekstremne temperature, zato so idealni za električne in plinske sisteme.

SiC je tudi zelo odporen proti sevanju in ima v primerjavi z drugimi polprevodniki nenavadno veliko pasovno vrzel, kar mu omogoča delovanje pri veliko višjih temperaturah, napetostih in frekvencah v primerjavi z drugimi polprevodniki. SiC se zato uporablja v različnih elektronskih in industrijskih aplikacijah, vključno s proizvodnjo električne energije, uporabo v letalstvu in avtomobilski industriji.

Doseganje visokih gostot SiC je lahko izziv za velike komponente. Vendar je s tehnologijo stiskanja na rampni ploščadi zdaj mogoče doseči enakomerno gostoto do 98% teoretične gostote. Postopek vključuje ustvarjanje homogene disperzije submikronske mešanice prahu, sestavljene predvsem iz silicijevega karbida z dodatkom, ki vsebuje bor; nato se ta mešanica prahu oblikuje v zelena telesa, ki se nato sintrajo pri temperaturi 1900-2100 stopinj C v nadzorovani atmosferi.

Dodatke, ki vsebujejo bor, je treba dodati med mešanjem prahu v količini, ki ustreza enemu masnemu delu elementarnega bora na 100 delov silicijevega karbida, za varno zgoščevanje brez segregacije na mejah zrn.

Fizična gostota

Silicijev karbid (C-Si) je umetni material, sestavljen iz ogljika (C) in silicija (Si). Po Mohsovi lestvici trdote je drugi najtrdnejši za borovim karbidom (9) in zagotavlja izjemno trdnost, odpornost proti obrabi in koroziji; dejansko lahko celo prenese izpostavljenost fluorovodikovi in žveplovi kislini, ne da bi korodiral - poleg tega ga ne more raztopiti voda, večina kemikalij, vključno z alkalijami! Silicijev karbid je zaradi svoje vsestranske uporabnosti kot inženirski material priljubljen tudi med znanstveniki.

Ker je odporen na visokohitrostno rezanje in brušenje ter se uporablja za abrazivno peskanje in strojno obdelavo, se zaradi svoje trajnosti in stroškovne učinkovitosti široko uporablja za sodobno lapidarno delo. Poleg tega služi kot pomembna surovina pri proizvodnji brusilnih in polirnih zmesi.

Silicijev karbid je zaradi svoje izjemne trajnosti in odpornosti na sevanje postal glavni material vesoljske tehnologije. Zato so ogledala iz silicijevega karbida postala izbira več največjih teleskopov, kot sta misiji Herschel in BepiColombo, in jih je mogoče oblikovati v toge okvirje, ki vzdržijo temperature na Veneri in stopnje sevanja, ki presegajo pričakovanja.

Nedavni eksperimentalni dokazi kažejo, da je a-SiC v fazi B1 stabilen v širokem razponu pogojev, ki ustrezajo pričakovanim pogojem v plašču eksoplanetov, bogatih z ogljikom, v nasprotju z njegovim obnašanjem na Zemlji, kjer hitro razpade na silicijev dioksid in kisik.

Kemična gostota

Silicijev karbid, pogosteje imenovan SiC, je kemijska spojina, sestavljena iz silicija (atomsko število 14) in ogljika (atomsko število 6). Iridescentno zelene do modrikasto črne barve in negorljivosti; njegova gostota je 3,21 grama na kubični cm3.

Silicijev karbid se v omejenih količinah naravno pojavlja v meteoritih, nahajališčih korunda in kimberlita, vendar je večina silicijevega karbida, ki se uporablja v elektronskih napravah, proizvedena sintetično. Edward Acheson je prvič sintetično sintetiziral silicijev karbid leta 1891, ko je poskušal ustvariti umetne diamante s segrevanjem gline in koksa v prahu v električni obločni peči; pri tem je opazil svetlo zelene kristale, ki so bili podobni diamantu, pritrjene na ogljikove elektrode, in te kristale poimenoval “moissanit” po vrsti kamna, na katerega so bili podobni.

SiC je polprevodniški material z izjemno široko pasovno vrzeljo, ki mu omogoča delovanje pri višjih temperaturah in napetostih kot drugim polprevodniškim materialom. Zaradi odlične toplotne prevodnosti se toplota hitro odvaja, njegova gosta kristalna struktura pa zagotavlja odlično odpornost proti obrabi - kot nalašč za aplikacije, kot so rezalna orodja.

Laboratoriji EAG imajo bogate izkušnje pri analizi SiC z uporabo analitskih tehnik v razsutem stanju in prostorsko ločenih analitskih tehnik. SiC je izjemno uporaben material za proizvodnjo polprevodnikov, saj ga je mogoče dopirati z različnimi elementi, da se spremenijo njegove elektrotermične lastnosti. Zagotavljanje koncentracije in prostorske porazdelitve dopantov ob hkratnem izločanju nezaželenih onesnaževalcev je ključnega pomena pri ustvarjanju visokokakovostnih polprevodniških izdelkov.

Toplotna gostota

Silicijev karbid je izredno gost material in ena najtrših razpoložljivih snovi, ki kot keramični material zagotavlja odlično odpornost proti koroziji, kar bi lahko zmanjšalo aktivne hladilne sisteme v električnih vozilih.

Silicijev karbid (SiC) je kovalentno vezana svetlo siva trdna snov z relativno trdoto diamanta po Mohsovi lestvici. Ognjevzdržni materiali s temi lastnostmi so idealni za uporabo, saj ima SiC visoko tališče, toplotno prevodnost in nizke stopnje toplotnega raztezanja.

Silicijev karbid se lahko dopira z dušikom ali fosforjem, da nastane polprevodnik tipa n, ali pa se dopira z berilijem, borom, aluminijem in galijem, da nastane polprevodnik tipa p. Zaradi svoje široke pasovne vrzeli lahko prenese trikrat višjo napetost kot standardni silicijevi polprevodniki. Silicijev karbid je zaradi široke uporabe kot material za elektronske komponente postal priljubljen material za proizvodnjo elektronskih naprav.

Naravna nahajališča SiC so v nekaterih vzorcih meteoritov, nahajališčih korunda in kimberlitu, vendar je večina industrijskega SiC proizvedena sintetično. Različice SSiC in SiSiC so zaradi svojih toplotnih lastnosti med najpogosteje uporabljenimi materiali za zahtevne pogoje, kot so 3D tiskanje, proizvodnja balistike, kemična proizvodnja in aplikacije v energetski tehnologiji ter komponente cevnih sistemov; zaradi večje gostote od čistega kremena so te spojine privlačen nadomestek kovin, poleg tega pa ponujajo dobro togost, trdoto in odpornost na visoke temperature, ki v primerjavi s toplotnimi lastnostmi čistega kremena in odpornostjo na visoke temperature konkurirajo čistemu kremenu, zaradi česar so te spojine privlačna alternativa nadomestku kovin.