Silisyum Karbür - Astronomik Teleskoplar için Ayna Malzemesi

Silisyum karbür (karborundum olarak da adlandırılır), silisyum ve karbon atomlarından oluşan, doğada doğal olarak mozanit olarak bulunan ve 1893'ten beri aşındırıcı olarak kullanılmak üzere seri üretilen inorganik bir kimyasal bileşiktir.

SiC, 70'ten fazla kristal formda bulunur ve iki polimorfa ayrılır: alfa silisyum karbür (a-SiC) ve beta silisyum karbür (b-SiC). Deneysel hatalar dahilinde, her iki form da 10 GPa'ya kadar olan basınçlarda eş zamanlı olarak erir.

Negatif bir eğime sahiptir

Silisyum karbür, çok sayıda uygulama alanına sahip son derece sert ve yoğun bir malzemedir. Zımpara kağıdı, taşlama taşları, kesici takımlar, otomotiv bileşenleri ve otomotiv refrakterleri gibi ürünlerde bulunabilir; ayrıca fırınlarda, fırınlarda ve refrakter astarlarda refrakter olarak ve sertliği ve düşük termal genleşme oranı nedeniyle astronomik teleskoplarda ayna malzemesi olarak hizmet eder.

Edward Goodrich Acheson ilk kez 1891 yılında kil ve toz kok (karbon) karışımını elektrikli bir fırında ısıtarak "karborundum" olarak bilinen mavi-siyah bir malzeme ürettiğinde silisyum karbürü seri olarak üretti.

5-8 GPa arasında değişen basınçlarda silisyum karbür erimesi üzerine yapılan çalışmalar, erime eğrisinin -44 + 4 K/GPa'lık negatif bir eğime sahip olmasıyla, çalışılan tüm basınçlarda uyumlu bir şekilde eridiğini ortaya koymuş ve yoğunluk fonksiyonel teorisinin doğru bir şekilde tahmin edildiğine dair kanıt sağlamıştır.

Pozitif bir eğime sahiptir

Silisyum karbür (SiC), birçok yüksek sıcaklık uygulamasında kullanışlı olmasını sağlayan olağanüstü özelliklere sahip oksit olmayan bir seramik malzemedir. SiC, 27 GPa'ya kadar polikristalin gövde mukavemetleriyle hem sert hem de son derece güçlüdür; ayrıca düşük termal genleşme oranlarıyla birlikte mükemmel sürünme direnci özelliklerine sahiptir.

Seramium dioksit (CeO2) seramik suda çözünmez ancak erimiş alkali ve demir çözeltilerinde çözünür, bu da onu yüksek basınçlarda aşınma, korozyon, darbe ve termal genleşmeye karşı dirençli tüm gelişmiş yapısal seramiklerin en sertidir; nükleer reaktör bileşenleri gibi yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanım için mükemmel hale getirir.

Daha yaygın olarak a-SiC olarak adlandırılan silisyum karbür, elektrikli araç frenleri ve debriyajlarının yanı sıra kurşun geçirmez yeleklerde yaygın olarak bulunur ve heterojen katalizörler için bir substrat olarak kullanılır. Bu malzemenin endüstriyel miktarlarda üretimi için halen saf silis kumunun ince öğütülmüş kok kömürü ile indirgendiği elektrikli fırınlar kullanılmaktadır; silisyum karbürün endüstriyel ölçekte üretimi güç elektroniğindeki yüksek voltaj uygulamaları için popüler bir tercih olmaya devam etmektedir.

Negatif bir sıcaklık katsayısına sahiptir

Silisyum dioksit olarak da bilinen silisyum karbür, doğal olarak mozanit minerali olarak ortaya çıkan ancak 1893'ten beri aşındırıcı ve kurşun geçirmez yelek seramik plaka malzemesi olarak kullanılmak üzere toz ve kristal olarak seri üretilen, silisyum ve karbondan oluşan sert bir kimyasal bileşiktir. Büyük, tek kristal taneleri sinterleme yoluyla birleştirilerek son derece sert yapısal seramikler üretilebilir; ayrıca genellikle sentetik mozanit değerli taşlar olarak bilinen sentetik mozanit değerli taşlar yapmak için kullanılır. Silisyum karbür aynı zamanda bir yarı iletken görevi görür; nitrojen veya fosfor ile katkılamak onu n-tipi bir malzeme haline getirebilir; benzer şekilde berilyum, bor veya alüminyum, özelliklerine bağlı olarak onu p-tipi malzemeye dönüştürebilir, katkılamak onu n-tipi bir yarı iletken malzemeye dönüştürecektir.

Silisyum karbür geniş bir bant aralığına ve yüksek elektrik alan kırılma gücüne sahiptir, bu da onu aşırı yüksek sıcaklıklarda veya voltajlarda çalışan elektronik cihazlar için uygun hale getirir. Ayrıca, termal şoklara dayanıklı yapısı, yaygın olarak kullanıldığı anlamına gelir. Silisyum karbür çeşitli birim hücreler (kübik, rombohedral veya hekzagonal) halinde bulunur. Kil kullanılarak yoğunlaştırılırsa, boyun büyümesini engelleyebilir ve aynı zamanda aksi takdirde elastik modülü azaltacak SiO2 oluşumunu önleyebilir. Çeşitli çalışmalar, yoğunluk fonksiyonel teorisi simülasyonlarına dayanan ab initio moleküler dinamik simülasyonlarını kullanarak yüksek basınç altında erime davranışını incelemiştir.

Pozitif basınç katsayısına sahiptir

Silisyum karbür, yüksek sıcaklık kapasitesi, düşük termal genleşme katsayısı ve kimyasal reaksiyona karşı direnci ile karakterize edilen son derece sert ve katı bir seramik malzemedir. Satın almak için granül formun yanı sıra büyük teleskoplar için ayna haline getirilebilen gofretler de dahil olmak üzere çeşitli boyutlarda ve formlarda gelir. Silisyum karbür için üretim yöntemleri doğrudan karbon sentezinden kimyasal buhar biriktirmeye kadar uzanmaktadır.

Söndürme deneyleri ve yerinde ölçümler kullanılarak ZB ve RS SiC'de 3100+40 K ila 5-8 GPa arasındaki Debye sıcaklıklarının basınca bağımlılığı üzerine çalışmalar, söndürme deneyleri ve yerinde ölçümler kullanılarak 3100+40 K ila 5-8 GPa arasındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, ortam basıncında her iki Lame sabitinin (l, m) m'nin artan sapmasıyla pozitif olduğunu göstermekte, bu da daha yüksek basınçlarda yük transferi etkileşimlerini içeren merkezi olmayan çoklu cisim kuvvetlerinin gücünün arttığını ve bunun da SiC'nin sıkıştırılabilirliğinde mekanik sertleşmeye yol açtığını ortaya koymaktadır.