Za kaj se uporablja silicijev karbid?

Silicijev karbid se velikokrat uporablja kot abraziv, keramični prah in neprebojni oklep.

Karborund (SiC), kristalna spojina silicija in ogljika, je ena najtrših znanih snovi z edinstvenimi lastnostmi, zaradi katerih je koristen v različnih industrijah.

Abrazivni

Silicijev karbid je trd in krhek, zato je učinkovit abrazivni material. Proizvajalci ga uporabljajo pri izdelavi izdelkov, kot je brusni papir; ta material je na voljo v različnih zrnavostih, od grobih do zelo finih zrn za brušenje, pri čemer se grobi uporabljajo za odstranjevanje velikih količin materiala pri začetnem brušenju, finejši pa za poliranje površin obdelovancev, da se dosežejo gladki zaključki.

Abrazivni silicijev karbid se uporablja v izdelkih, ki zahtevajo visoko vzdržljivost, kot so avtomobilske zavore in keramične plošče, ki se uporabljajo v neprebojnih jopičih. Poleg tega je ta material mogoče najti tudi v kompozitnih materialih, kot je silicijev karbid, ojačan z ogljikovimi vlakni (CFRC).

Ognjevzdržni

Silicijev karbid je nepogrešljiva surovina v proizvodnji ognjevzdržnih materialov. Zaradi stabilnih kemijskih lastnosti, visoke toplotne prevodnosti, majhnega koeficienta toplotnega raztezanja in odlične odpornosti proti obrabi je idealen material za izdelavo abrazivov, odpornih na visoke temperature, kot so brusni trakovi, brusni papir, kolesa za brušenje in orodja iz oljnih kamnov ter monokristalni silicijevi/polikristalni silicijevi stroji.

Kovina je zelo trda in krhka, vendar ima visoko toplotno in mehansko stabilnost. Sestavljena je iz atomov silicija, ki jih obdajajo atomi ogljika in kisika, zato je odporna na toploto in mehanske obremenitve ter ima impresivno tališče.

Čisti silicijev karbid je brezbarven; industrijski razredi so lahko zaradi vključkov železa, aluminija, dušika ali prostega ogljika od rjave do črne barve. Obstajajo metode dopiranja, ki ustvarjajo različne polprevodnike: na primer silicijev karbid tipa n se lahko dopira z dušikom ali fosforjem, medtem ko se različice tipa p lahko dopirajo z aluminijem, borom ali galijem.

Neprebojni oklep

Silicijev karbid je eden najtrših materialov na Zemlji. Zato je idealen za neprebojne jopiče, ki jih nosijo policisti in vojaki, zaradi svojih toplotnih lastnosti pa je odporen na vročino.

Keramični materiali, kot je ta, so dobro znani kot močni. Poleg tega je keramika odličen prevodnik toplote in elektrike, zato je idealna za elektronske aplikacije, kot so močnostni tranzistorji. Dodatna prednost je odpornost proti koroziji.

Čisti silicijev karbid ima večplastno strukturo in obstaja v različnih politipih ali različicah, ki se razlikujejo po zaporedju zlaganja, ki daje vsaki vrsti edinstveno fizikalno značilnost - nekatere oblike na primer vsebujejo kovalentne vezi med štirimi ogljikovimi atomi, kovalentno vezanimi na en silicijev atom, ki tvorijo zapleteno mrežno strukturo.

Moissanit se proizvaja sintetično in ga v naravi najdemo le redko, čeprav lahko v majhnih količinah obstaja kot moissanitni dragulj. Moissanit ima pomembno vlogo v električnih vozilih, saj njegova sposobnost prenašanja visokih temperatur omogoča, da vozila postanejo energetsko učinkovitejša, hkrati pa se zmanjšajo aktivni hladilni sistemi, ki povečujejo težo, stroške in zapletenost.

Polprevodnik

Keramika iz silicijevega karbida je vsestranska neoksidna keramika, ki se uporablja v aplikacijah, ki zahtevajo mehansko in toplotno trdnost, kot so deli, odporni proti obrabi, ognjevzdržni materiali za toplotno odpornost, ognjevzdržni materiali za nadzor toplotnega raztezanja in polprevodniške elektronske naprave, ki delujejo pri visokih temperaturah ali napetostih. Silicijev karbid je zaradi svoje trdote primeren za te uporabe, zaradi svoje toplotne prevodnosti pa je učinkovit toplotno odporen material. Njegova široka paleta uporab presega samo mehanske aplikacije; nekateri primeri so: abrazivi; deli, odporni proti obrabi; ognjevzdržni materiali za toplotno odpornost; in polprevodniške elektronske naprave, ki delujejo pri visokih temperaturah oziroma napetostih.

Kristalni silicijev karbid ima tesno zapakirano strukturo, sestavljeno iz kovalentno vezanih atomov, ki tvorijo dva primarna koordinacijska tetraedra, sestavljena iz štirih silicijevih in štirih ogljikovih atomov, kar mu daje neverjetno trdoto in trdnost. Žal je netopen v vodi ali alkoholu, vendar odporen na večino organskih in anorganskih kislin/soli (izjema sta fluorovodikova kislina in kisli fluoridi).

Polprevodniki iz silicijevega karbida se ponašajo s široko pasovno vrzeljo, ki omogoča izdelavo veliko manjših in učinkovitejših naprav od enakovrednih silicijevih (Si), kar odpira možnost njihove uporabe za energetsko elektroniko v električnih vozilih in podporo procesom digitalizacije v industrijskih procesih.