Для чого використовується карбід кремнію?

Карбід кремнію має багато застосувань і випускається у вигляді абразивів, керамічного порошку та куленепробивної броні.

Карборунд (SiC), кристалічна сполука кремнію та вуглецю, є однією з найтвердіших відомих речовин з унікальними властивостями, які роблять його корисним у різних галузях промисловості.

Абразивний

Карбід кремнію твердий і крихкий, що робить його ефективним абразивним матеріалом. Виробники використовують його для виготовлення таких виробів, як наждачний папір; цей матеріал має різну зернистість - від грубої до дуже дрібної - для шліфування, причому груба зернистість використовується для зняття великої кількості матеріалу під час початкового шліфування, а дрібна - для полірування поверхонь заготовки, щоб отримати гладку поверхню.

Абразивний карбід кремнію використовується у виробах, що вимагають високої витривалості, таких як автомобільні гальма та керамічні пластини, що використовуються в бронежилетах. Крім того, цей матеріал також можна знайти в композитних матеріалах, таких як карбід кремнію, армований вуглецевим волокном (CFRC).

Вогнетривкий

Карбід кремнію є незамінною сировиною у виробництві вогнетривів. Завдяки стабільним хімічним властивостям, високій теплопровідності, малому коефіцієнту теплового розширення і відмінній зносостійкості він є ідеальним матеріалом для створення стійких до високих температур абразивних матеріалів, таких як стрічкові абразивні матеріали, наждачний папір, шліфувальні круги та інструменти з масляного каменю, а також для верстатів з монокристалічного кремнію/полікристалічного кремнію.

Метал дуже твердий і крихкий, проте має високу термічну та механічну стійкість. Складається з атомів кремнію, оточених атомами вуглецю та кисню, що робить його стійким до теплових і механічних навантажень, а також має вражаючу температуру плавлення.

Чистий карбід кремнію безбарвний; промислові сорти можуть мати колір від коричневого до чорного через включення заліза, алюмінію, азоту або вільного вуглецю. Існують методи легування, які створюють різні напівпровідники: наприклад, карбід кремнію n-типу можна легувати азотом або фосфором, тоді як версії p-типу можна легувати алюмінієм, бором або галієм.

Куленепробивна броня

Карбід кремнію - один з найтвердіших матеріалів на Землі. Це робить його ідеальним матеріалом для виготовлення бронежилетів, які носять поліцейські та військові, а його термічні властивості роблять його стійким до високих температур.

Керамічні матеріали, такі як цей, добре відомі своєю міцністю. Крім того, кераміка є чудовим провідником тепла та електрики, що робить її ідеальним матеріалом для електронних пристроїв, таких як силові транзистори. Ще однією перевагою є стійкість до корозії.

Чистий карбід кремнію має багатошарову структуру і існує в різних політипах або різновидах, кожен з яких відрізняється послідовністю укладання, що надає кожному типу унікальну фізичну характеристику - наприклад, деякі форми містять ковалентні зв'язки між чотирма атомами вуглецю, ковалентно пов'язаними з одним атомом кремнію, утворюючи складну сітчасту структуру.

Муассаніт видобувається синтетичним шляхом і в природі зустрічається дуже рідко, хоча невеликі кількості можуть існувати у вигляді ювелірних виробів з муассаніту. Муассаніт відіграє важливу роль в електромобілях, оскільки його здатність витримувати високі температури дозволяє транспортним засобам ставати більш енергоефективними, зменшуючи при цьому активні системи охолодження, які додають ваги, вартості та складності.

Напівпровідниковий

Кераміка з карбіду кремнію - це універсальна неоксидна кераміка, яка використовується у сферах, де потрібна як механічна, так і термічна міцність, наприклад, для виготовлення зносостійких деталей; вогнетривів для термостійкості; вогнетривких матеріалів для контролю теплового розширення; напівпровідникових електронних пристроїв, що працюють при високих температурах або напругах. Твердість карбіду кремнію робить його придатним для цих застосувань, а теплопровідність - ефективним термостійким матеріалом. Його широке застосування виходить за рамки лише механічних застосувань; деякі приклади: абразиви, зносостійкі деталі, вогнетриви для термостійкості та напівпровідникові електронні пристрої, що працюють при високих температурах або напругах відповідно.

Кристалічний карбід кремнію утворює щільно упаковану структуру, що складається з ковалентно зв'язаних атомів, які утворюють два первинних координаційних тетраедра з чотирьох атомів кремнію та чотирьох атомів вуглецю, що надає йому неймовірної твердості та міцності. На жаль, він не розчиняється у воді або спирті, але стійкий до більшості органічних і неорганічних кислот/солей (за винятком фтористоводневої кислоти та фторидів кислот).

Напівпровідники з карбіду кремнію мають широку заборонену зону, що дозволяє створювати набагато менші та ефективніші пристрої, ніж еквівалентні кремнієві (Si), відкриваючи можливість їх використання для силової електроніки в електромобілях, а також для підтримки процесів оцифрування в промислових процесах.