Lastnosti silicijevega karbida

Silicijev karbid (SiC) je izjemno trpežen material z izjemno trdo trdoto po Mohsovi lestvici, ki znaša 9, po estetskem videzu pa se lahko kosa z diamantom.

Laboratoriji EAG imajo bogate izkušnje z analizo SiC za te lastnosti z uporabo analitičnih tehnik v razsutem stanju in s prostorsko ločitvijo. SiC je lahko električni izolator in polprevodnik.

Trdota

Silicijev karbid je ena najtrših snovi na svetu, saj je na Mohsovi lestvici na devetem mestu, po trdoti pa je na drugem mestu za diamantom. Borov karbid in diamant sta še trša od silicijevega karbida - uporabljata se tudi kot rezalna orodja, neprebojni jopiči, avtomobilski deli in ogledala za astronomske teleskope. Trdna in močna površina silicijevega karbida je odlična za uporabo kot rezalni abraziv in rezalna orodja, strukturni materiali (neprebojni jopiči), avtomobilski deli in ogledala, ki jih uporabljajo teleskopi!

Keramika, odporna na toplotne udarce, je izredno trda, neoksidna keramika. Zaradi svoje trdnosti, visoke toplotne prevodnosti, nizke stopnje toplotnega raztezanja in odlične odpornosti proti oksidaciji je nepogrešljiv ognjevzdržni material.

Silicijev karbid (atomsko število 14) in ogljik (atomsko število 6) tvorita anorgansko spojino, znano kot silicijev karbid, z dvema primarnima koordinacijskima tetraedroma, sestavljenima iz kovalentno vezanih štirih ogljikovih in štirih silicijevih atomov, ki so kovalentno povezani med seboj, kar ustvarja izjemno močno in togo strukturo s tesnim pakiranjem, ki je izjemno trdna in toga; njeni poltipi se lahko celo zlagajo in tvorijo poltipe. Silicijev karbid zagotavlja lastnosti polprevodnika s široko pasovno vrzeljo, ki v primerjavi s silicijem potrebuje trikrat manj energije za osvoboditev elektronov iz orbitalnih stanj.

Odpornost na korozijo

Najpomembnejša lastnost silicijevega karbida je odpornost proti koroziji. Ne le, da je odporen na najbolj agresivne kisline (klorovodikovo, žveplovo in fluorovodikovo), baze in topila, ki si jih lahko predstavljamo, ter na oksidativne medije, kot sta dušikova kislina ali para, ponaša se celo z odličnimi izolacijskimi lastnostmi pred poškodbami zaradi ekstremnih temperatur ali električnih polj.

Spečeni silicijev karbid je zaradi svoje gostote, trdote, lastnosti polprevodnika s široko pasovno vrzeljo, ki omogoča manjšo porabo energije elektronov za premik prevodnega pasu, in nizkega koeficienta toplotnega raztezanja odlično toplotno odporen.

Korozijsko odpornost lahko povečamo tudi s prisotnostjo dodatkov za sintranje, faz na meji zrn in poroznosti; njihova vrsta in količina sta odvisni od tega, kako hitro korozija reagira z drugimi okolji.

Oksidacijska stanja silicijevega karbida je mogoče nadzorovati z delovanjem ogljika kot pasivacijskega sredstva, kar pomaga zmanjšati stopnjo korozije in podaljšati življenjsko dobo izdelka, kadar je izpostavljen oksidativnim okoljem med obratovanjem.

Toplotna prevodnost

Silicijev karbid je izredno trd material, ki je nekje med aluminijevim oksidom (9 po Mohsovi lestvici) in diamantom (10). Zaradi kombinacije trdote in toplotne stabilnosti je silicijev karbid odlična izbira materiala za zahtevne mehanske aplikacije v delih, ki so zasnovani tako, da so odporni na obrabo, kot tudi v ognjevzdržnih materialih.

Silikonska guma je zaradi odlične odpornosti na toplotne udarce in nizke stopnje toplotnega raztezanja primerna tudi za uporabo v visokotemperaturnih okoljih in komponentah, ki se uporabljajo v cevnih sistemih.

Silicijev karbid lahko dopiramo z različnimi elementi, da spremenimo njegove elektronske lastnosti. Dopiranje z dušikom ali fosforjem ga spremeni v polprevodnik tipa n, dopiranje z berilijem, borom ali aluminijem pa v polprevodnik tipa p.

Silicijev karbid zaradi razlike v pasovni vrzeli med valenčnim in prevodnim pasom težje preklaplja elektrone med pasovoma, zato lahko prenese do 10-krat več električnih polj, preden postane krhek in se pokvari, kot to lahko stori silikon.

Električna prevodnost

Silicijev karbid ima vrsto električnih lastnosti, ki jih je mogoče prilagoditi z dopiranjem. Dopiranje vključuje dodajanje nečistoč v njegovo kristalno strukturo, da se tvorijo prosti elektroni in luknje, ki prevajajo elektriko, zaradi česar je prevodnost SiC desetkrat večja od prevodnosti silicija.

Električne lastnosti silicijevega karbida so v veliki meri odvisne od njegove pasovne vrzeli. Ta razlika med energijskima nivojema valenčnega in prevodnega pasu atoma določa, koliko električnega polja lahko prenese; silicijev karbid ima širšo pasovno vrzel kot njegov silicijev kolega, zato lahko prenese skoraj dvakrat večjo napetost.

Zaradi visoke napetostne upornosti je neodim idealen za uporabo v napravah za napajanje električnih vozil, ki zagotavljajo daljše vozne razdalje in večjo učinkovitost upravljanja baterij. Poleg tega njegova manjša teža v primerjavi z alternativami, kot je galijev nitrid, omogoča proizvajalcem močnostne elektronike, da znatno zmanjšajo velikost in težo, hkrati pa vzdrži visoke temperature z minimalnim koeficientom toplotnega raztezanja.

Lastnosti silicijevega karbida

sl_SISlovenian
Pomaknite se na vrh