Silisyum Karbür Formülü

Silisyum Karbür (SiC), doğal olarak mozanit mücevherinde ve daha küçük ölçüde karbonlu kondrit meteoritlerinde bulunan son derece sert bir sentetik silikon ve karbon bileşiğidir.

Silis kumu ve kok kömürünün elektrikli bir fırında yüksek sıcaklıklarda eritilmesiyle üretilen kuvars, en yaygın olanı Wurtzite'e benzer altıgen kristal yapıya sahip alfa formu olmak üzere en az 70 farklı kristal formunda bulunur.

Fiziksel Özellikler

Daha yaygın olarak Karborundum olarak adlandırılan silisyum karbür, elmastan sonra ikinci sırada yer alan olağanüstü sertlik ve kimyasal direnç özelliklerine sahip oksit olmayan seramik bir bileşiktir. Ayrıca, saf formdaki silisyum karbür, daha güvenilir elektrik iletkenliği ve iletkenlik için daha yüksek sıcaklıklarda oksidasyona direnç gösterir.

SiC üretmek için silis kumunu bir elektrikli fırında karbon ile ısıtın. Üretilen yeşil ila mavimsi-siyah, kristal malzeme daha sonra farklı fiziksel özelliklere sahip sınıflara ayrılabilir: örneğin metalurjik A sınıfı kaba katmanlara sahipken; b sınıfının daha pürüzsüz kristalleri daha pürüzsüz yapılar oluşturur.

Bu çok katmanlı yapı türleri kendine özgü elektriksel, optik ve termal özellikler sergiler. Atomik bağları, dört altıgen kristal oluşturan düzensiz kare bir düzende dört karbon atomu ile bağlanmış dört silikon atomundan oluşur; bu da geniş bant aralıklı yarı iletken özellikler sağlar. Ekstrüzyon veya soğuk izostatik presleme, bu malzemeleri çubuk ve tüp olarak kullanılmak üzere çubuk veya tüp şeklinde şekillendirebilir.

Kimyasal Özellikler

Daha yaygın olarak karborundum olarak adlandırılan silisyum karbür (SiC), geniş bant aralıklı yarı iletken özelliklere sahip, silikon ve karbondan oluşan sert bir kimyasal bileşiktir. Doğası gereği refrakter olan SiC, yüksek termal iletkenliği ve termal şoka karşı büyük direnç sağlayan düşük termal genleşme özellikleriyle de bilinir.

Kristalin SiC, tetrahedral koordinasyonda bağlı dört silisyum ve dört karbon atomu ile yakın paketlenmiş bir yapıda kristalleşir ve 70'in üzerinde polip tipine sahiptir; alfa SiC en sık 2000 degC'nin üzerindeki sıcaklıklarda Wurtzite benzer hekzagonal kristal yapısı ile bulunur. Bu arada, elmas ve sfalerit oluşumuna benzer çinkoblende kristal yapısına sahip beta modifikasyonu daha düşük sıcaklıklarda meydana gelir.

Karborundum doğada son derece nadir bulunan bir maddedir ancak uzaydaki karbon zengini meteoritlerde temel bir elementtir. İlk olarak 1891 yılında Edward Acheson tarafından yapay elmas üretme çalışmalarının bir parçası olarak yapay olarak sentezlenen malzeme, 1893 yılında Arizona'daki Canyon Diablo meteorunda doğal olarak keşfedilmiş ve Nobel ödülü sahibi Henri Moissan'ın adıyla moissanite olarak adlandırılmıştır.

Mekanik Özellikler

Silisyum karbür, Mohs ölçeğinde 9 derecesi ile son derece sert bir yüzeye sahiptir, bu da onu en sert oksit olmayan seramik ve genel olarak en sert malzemelerden biri yapar. Aşındırıcılar ve refrakterler gibi mekanik aşınmayı içeren uygulamalar için mükemmel bir malzeme seçimi yaparken, yüksek sıcaklık ortamlarına ve termal şoka direnen iyi termal özelliklere sahiptir.

Silikon, karbon atomlarının yarısının yerini alarak silikon ve karbon arasındaki benzer atomik yarıçap nedeniyle gelişmiş ısı iletim özellikleri sağlar ve fonon saçılmasını azaltmaya yardımcı olur.

Silisyum karbür sarıdan yeşile, mavimsi-siyah yanardöner kristaller olarak görünür ve 2700 derece sıcaklıkta ayrışarak süblimleşir. Suda çözünmemesine rağmen SiC, NaOH ve KOH gibi erimiş alkalilerde ve erimiş demirde çözünür ve Young modülü ve sertliği doku, istifleme hataları, tane boyutu ve tane sınırlarının doğası tarafından belirlenir.

Elektriksel Özellikler

Silisyum karbürün geniş bant aralığı enerjisi, silisyumdan daha yüksek sıcaklıklara ve voltajlara dayanmasını sağlayarak onu hızlı ancak güvenilir elektronik cihazlar gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir. Ayrıca, bu gerilime dayanma kabiliyeti, invertörleri tamamen ortadan kaldırarak hem boyutu hem de ağırlığı azaltan elektrikli araç akü sistemlerinde çok değerlidir.

SiC, elektronik teknolojisinin ilerlemesine katkıda bulunan seramik ve yarı iletken özelliklerinin kombinasyonu nedeniyle popüler bir malzemedir. Ayrıca, sertliği, mukavemeti, düşük termal genleşmesi ve kimyasal reaksiyon direnci de popülerliğinin artmasına katkıda bulunmuştur.

Silisyum karbür, saf silika kumunun elektrikli bir fırında karbon ile ısıtılmasıyla oluşturulur ve kalite ve kullanım amacına göre a-SiC ve b-SiC olarak bilinen hem metalurjik hem de aşındırıcı kalitelerde külçeler oluşturur. Külçeler oluşturulduktan sonra, istenen özellikler için alüminyum veya nitrojen gibi ek elementlerle harmanlanmadan önce istenen uygulamalara bağlı olarak farklı boyut ve şekillerde kesilirler.