Silisyum Karbür Tanımı

Silisyum karbür, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda kullanılmak üzere geliştirilmiş gelişmiş bir malzemedir. Elektrikli araçlara (EV'ler) ağırlık ve maliyet katan aktif soğutma sistemlerine olan bağımlılığı azaltabilir.

Silisyum karbür, sıradan silisyumdan on kat daha fazla üstün voltaj direncine sahiptir, hatta bu konuda galyum nitrürü bile geride bırakır.

Kristal bir malzemedir

Silisyum karbür (SiC) birçok kullanım alanı olan endüstriyel bir malzemedir. Üstün tribolojik özellikleri nedeniyle, genellikle kumlama nozullarında, contalarda, mekanik yataklarda ve mekanik sızdırmazlık uygulamalarında bulunur. Refrakterler ve seramikler de sertlik kattığı için SiC kullanır.

Su, alkol ve asit çözeltilerinin hepsi onu tamamen çözer; çoğu organik çözücü de dirençli kalır. Yarı iletken özellikleri nedeniyle, elektriksel özellikleri bazı ilginç özellikler sunar - direnç, bileşimler arasında yedi büyüklük sırasına kadar farklılık gösterebilir!

Edward Acheson ilk kez 1891 yılında sentetik SiC üretirken, Henri Moissan ilk kez 1905 yılında Arizona'daki Canyon Diablo meteoritini keşfederken doğal formunu tanımlamıştır. Günümüzde satılan tüm ticari SiC sentetiktir, doğal olarak oluşabilen mozanit mücevherler için bazı istisnalar vardır.

Oksit olmayan bir seramiktir

Silisyum karbür veya SiC, çok sayıda avantajlı fiziksel özelliğe sahip olağanüstü bir seramiktir. Bunlar arasında yüksek mukavemet, düşük termal genleşme oranı ve korozyona ve kimyasal reaksiyonlara karşı direnci yer alır - bu özellikler onu aşındırıcı malzeme ve refrakter bileşen olarak kullanıma uygun hale getirmenin yanı sıra mükemmel elektrik iletkenliği de sağlar.

Mohs ölçeğinde 9 olan kriyojenik sertlik, refrakter porseleni taşlama taşları ve diğer aşındırıcı ürünler için mükemmel bir malzeme haline getirmenin yanı sıra brülör nozulları ve alev tüpleri gibi refrakter uygulamalarda da kullanılır.

Kriyojenik grafit, politipler olarak bilinen çeşitli çeşitlerde bulunur ve doğrudan bağlanmış tetrahedral birimler arasındaki bağlarla bağlanmış dört karbon ve dört silikon atomu içeren birincil koordinasyon tetrahedral düzenlemesine sahiptir. Bu birimler daha sonra farklı yapılar oluşturmak için birbirine bağlanabilir veya istiflenebilir.

Refrakter bir malzemedir

Silisyum karbür, yüksek voltaj uygulamaları için geniş bir bant aralığına sahip, yüksek sıcaklıklara dayanabilen dayanıklı ancak kırılgan bir malzemedir.

Endüstriyel ölçekte, silika tozu üretilir ve seramiklerde, refrakter malzemelerde ve yarı iletken elektroniklerde kullanılır. Doğal olarak mozanit mineral oluşumlarında bulunsa da, günümüzde çoğu sentetik olarak üretilmektedir.

Kil bağlı silisyum karbür refrakterler mükemmel korozyon direnci sunarak demir dışı metal eritme uygulamaları için fırın tuğlaları olarak uygun hale getirir. Ayrıca, alüminyum elektroliz tankları için astar tuğlaları veya bakır eritme fırınlarında rektifikasyon fırını tepsisi astarları veya çinko tozu fırın ark plakaları gibi harika yüksek sıcaklık dolaylı ısıtma malzemeleri yaparlar.

Aşınmaya dayanıklı bir malzemedir

Silisyum karbür, mukavemeti nedeniyle aşındırıcılarda, refrakterlerde, aşınmaya dayanıklı bileşenlerde ve aşınma esnekliği bileşenlerinde yaygın olarak bulunan son derece sert, oksit olmayan seramik bir malzemedir. Ayrıca, silisyum karbür, yüksek sıcaklıklarda veya voltajlarda çalışan elektronik sistemlerde ayrılmaz bir malzeme olarak hizmet eder.

Doğada nadir bulunan ve yalnızca sentetik yöntemlerle yapay olarak üretilen mozanit ilk olarak 1893 yılında Arizona'nın Diablo Kanyonu'nda keşfedilmiş ve daha sonra Edward Acheson'un 1891 yılında yapay yollarla küçük siyah SiC kristalleri oluşturma patentiyle mozanit adını almıştır.

Bu kalibredeki seramik malzeme üstün özellikler sunar. Silikon yarı iletkenlerden daha yüksek bir çalışma sıcaklığı aralığına sahiptir ve aşırı ısınmaya veya hasara yenik düşmeden daha yüksek voltajları kaldırabilir.

Yüksek sıcaklık malzemesidir

Silisyum karbür, çok sayıda uygulamada kullanılan çok yönlü bir refrakter seramiktir. Mohs sertlik ölçeğinde en sert malzemelerden biri olan silisyum karbür, sertlik açısından 9. sırada yer alır. Ayrıca, hem aşınma ve korozyona hem de termal şoka karşı mükemmel direnç gösterirken, yüksek sıcaklıklara ve voltajlara hasar veya bozulma olmadan dayanır.

Çoğu kristal yapıda olduğu gibi, kristal yapısı da her biri kendi istifleme sırasına sahip çeşitli formlarda - veya polip tiplerinde - gelir. Birincil koordinasyon tetrahedraları, köşelerinden polar yapılara bağlanmış dört karbon ve dört silikon atomundan oluşur.

Olağanüstü tribolojik özellikleri nedeniyle plastik, pompalar, mekanik salmastralar ve rulmanlar, kimya endüstrisi ekipmanları ve aşındırıcı olarak mükemmel bir malzemedir.

Yüksek voltajlı bir malzemedir

Silisyum karbür dünyanın en çok yönlü malzemelerinden biridir. Yüksek performanslı elektrikli araçlarda (EV'ler) ve batarya yönetim sistemlerinde önemli bir rol oynar; burada yüksek voltaj özellikleri, EV'lere maliyet, ağırlık ve karmaşıklık katan aktif soğutma sistemlerini ortadan kaldırır.

Genellikle karborundum olarak bilinen sert bir seramik ve yarı iletken malzeme olan karborundum, mozanit minerallerinde doğal olarak bulunabildiği gibi sentetik olarak da üretilebilmektedir. Silikon gibi geleneksel yarı iletkenlerin aksine karborundum, elektriğin her zamankinden daha verimli bir şekilde taşınmasını sağlayan geniş bir bant aralığına sahiptir. Dahası, kristal yapısına safsızlıklar eklenerek iletkenliği değiştirilebilir.

Yüksek verimli bir malzemedir

Silisyum karbür (SiC), elektrik gücünü alternatif akıma dönüştürmek için enerji tasarruflu bir malzemedir, bu da onu şebeke kaynağından elektrik gücünün dönüştürülmesi için uygun hale getirir. SiC'nin azot veya fosfor ile katkılanması n-tipi bir yarı iletken oluştururken, alüminyum, bor veya galyum ile katkılanması p-tipi yarı iletken özelliklerine yol açar.

Alüminyum mükemmel termal iletkenlik, yüksek sıcaklık dayanımı, düşük termal genleşme ve kimyasal reaksiyon direnci sunar - bu nitelikler onu ideal refrakter malzeme yapar. Ayrıca, sert ve dayanıklı yüzeyi onu birçok endüstriyel kullanım için uygun hale getirir ve mükemmel bir refrakter malzeme seçimi yapar.

Doğal SiC nadir mineral mozanit olarak bulunur; sentetik olarak seramik uygulamaları için seramik veya refrakterler halinde birbirine bağlanmış küçük taneler halinde üretilir veya karbonlu kondrit meteoritlerinde ve kimberlitlerde az miktarda bulunur.