Opredelitev silicijevega karbida

Silicijev karbid je napreden material, razvit za uporabo v visokotemperaturnih okoljih. Z njim bi lahko zmanjšali odvisnost od aktivnih hladilnih sistemov, ki povečujejo težo in stroške električnih vozil.

Silicijev karbid se ponaša z desetkrat večjo napetostno odpornostjo od navadnega silicija in v tem pogledu celo prekaša galijev nitrid.

Je kristalinična snov

Silicijev karbid (SiC) je industrijski material s številnimi uporabami. Zaradi njegovih odličnih triboloških lastnosti ga pogosto najdemo v šobah za peskanje, tesnilih, mehanskih ležajih in mehanskih tesnilih. SiC se uporablja tudi v ognjevzdržnih materialih in keramiki, saj povečuje trdoto.

Voda, alkohol in kisle raztopine ga popolnoma raztopijo, odporna pa ostane tudi večina organskih topil. Zaradi lastnosti polprevodnika so zanimive tudi njegove električne lastnosti - upornost se lahko pri različnih sestavah razlikuje tudi do sedem velikostnih redov!

Edward Acheson je leta 1891 prvič izdelal sintetični SiC, Henri Moissan pa je leta 1905 med raziskovanjem meteorita Canyon Diablo v Arizoni prvič ugotovil njegovo naravno obliko. Danes je ves komercialni SiC, ki se prodaja, sintetičen, z nekaterimi izjemami za nakit iz moissanita, ki se lahko pojavlja v naravi.

To je neoksidna keramika

Silicijev karbid ali SiC je izjemna keramika, ki se ponaša s številnimi ugodnimi fizikalnimi lastnostmi. Med njimi so visoka trdnost, nizka stopnja toplotnega raztezanja ter odpornost proti koroziji in kemičnim reakcijam - lastnosti, zaradi katerih je primeren za uporabo kot abrazivni material in ognjevzdržna komponenta, pa tudi zaradi odlične električne prevodnosti.

Zaradi kriogene trdote 9 po Mohsovi lestvici je ognjevzdržni porcelan odličen material za brusilne plošče in druge abrazivne izdelke, uporablja pa se tudi v ognjevzdržnih aplikacijah, kot so šobe gorilnikov in plamenske cevi.

Kriogeni grafit obstaja v več različicah, znanih kot politipi, in ima primarno koordinacijsko tetraedrično razporeditev s štirimi ogljikovimi in štirimi silicijevimi atomi, vezanimi z vezmi med tetraedričnimi enotami, vezanimi neposredno. Te enote se lahko nato povežejo med seboj ali zložijo v različne strukture.

Je ognjevzdržen material

Silicijev karbid je trpežen, vendar krhek material, ki lahko prenese visoke temperature in ima široko pasovno vrzel za visokonapetostne aplikacije.

V industrijskem merilu se silicijev dioksid v prahu proizvaja in uporablja v keramiki, ognjevarnih materialih in polprevodniški elektroniki. Čeprav je naravno prisoten v mineralnih formacijah moisanita, se danes večinoma proizvaja sintetično.

Ognjevzdržni materiali iz silicijevega karbida, vezani z glino, so odlično odporni proti koroziji, zato so primerni kot opeke za peči pri taljenju neželeznih kovin. Poleg tega so odlični materiali za visokotemperaturno posredno ogrevanje, kot so opeke za obloge rezervoarjev za elektrolizo aluminija ali kot obloge pladnjev rektifikacijskih peči v pečeh za taljenje bakra ali obločne plošče peči za cink v prahu.

Je material, odporen na obrabo

Silicijev karbid je izjemno trd, neoksidni keramični material, ki ga zaradi njegove trdnosti pogosto najdemo v abrazivih, ognjevzdržnih materialih, komponentah, odpornih proti obrabi, in komponentah, odpornih proti obrabi. Poleg tega je silicijev karbid sestavni del elektronskih sistemov, ki delujejo pri povišanih temperaturah ali napetostih.

Moissanit, ki je v naravi redek in ga umetno pridobivajo le s sintetičnimi metodami, so prvič odkrili leta 1893 v arizonskem kanjonu Diablo, kjer so ga pozneje poimenovali moissanit po patentu Edwarda Achesona iz leta 1891 za umetno ustvarjanje majhnih črnih kristalov SiC.

Keramični material tega kalibra ima odlične lastnosti. Ima višje temperaturno območje delovanja kot silicijevi polprevodniki in prenese višje napetosti, ne da bi se pregrel ali poškodoval.

Je visokotemperaturni material

Silicijev karbid je vsestranska ognjevzdržna keramika, ki se uporablja v številnih aplikacijah. Silicijev karbid je eden najtrših materialov na Mohsovi lestvici trdote, po trdoti je na 9. mestu. Poleg tega se ponaša z odlično odpornostjo proti abraziji in koroziji ter toplotnim šokom, pri čemer brez poškodb in okvar prenese visoke temperature in napetosti.

Kot pri večini kristalnih struktur je tudi njegova kristalna struktura v različnih oblikah ali politipih, od katerih ima vsak svoje zaporedje zlaganja. Primarni koordinacijski tetraedri so sestavljeni iz štirih ogljikovih in štirih silicijevih atomov, ki so na vogalih povezani v polarne strukture.

Zaradi izjemnih triboloških lastnosti je plastika odličen material za črpalke, mehanska tesnila in ležaje, opremo v kemični industriji in kot abraziv.

Je visokonapetostni material

Silicijev karbid je eden najbolj vsestranskih materialov na svetu. Ima ključno vlogo v zmogljivih električnih vozilih in sistemih za upravljanje baterij, kjer zaradi svojih visokonapetostnih zmogljivosti odpravlja aktivne hladilne sisteme, ki povečujejo stroške, težo in zapletenost električnih vozil.

Karborund, trd keramični in polprevodniški material, splošno znan kot karborund, je naravno prisoten v mineralih moissanita, proizvaja pa se tudi sintetično. Za razliko od tradicionalnih polprevodnikov, kot je silicij, ima karborund široko pasovno vrzel, ki omogoča učinkovitejši prenos električne energije kot kdaj koli prej. Poleg tega lahko njegovo prevodnost spreminjamo z dodajanjem nečistoč v njegovo kristalno strukturo.

To je material z visokim izkoristkom

Silicijev karbid (SiC) je energetsko učinkovit material za pretvorbo električne energije v izmenični tok, zato je primeren za pretvorbo električne energije iz omrežja. Dopiranje SiC z dušikom ali fosforjem ustvari polprevodnik tipa n, dopiranje z aluminijem, borom ali galijem pa polprevodniške lastnosti tipa p.

Aluminij ima odlično toplotno prevodnost, trdnost pri visokih temperaturah, nizko toplotno razteznost in odpornost proti kemičnim reakcijam - lastnosti, zaradi katerih je idealen ognjevzdržni material. Poleg tega je zaradi svoje trde in trpežne površine primeren za številne industrijske uporabe in predstavlja odlično izbiro ognjevzdržnega materiala.

Naravni SiC najdemo kot redek mineral moissanit; sintetično ga proizvajajo v majhnih zrncih, ki so povezana v keramiko ali ognjevzdržne materiale za uporabo v keramiki, v majhnih količinah pa ga najdemo v ogljikovih meteoritih in kimberlitih.