Щільність карбіду кремнію

Карбід кремнію, більш відомий як карборунд або SiC, - це твердий керамічний матеріал, що має безліч застосувань. Ця універсальна речовина слугує абразивним матеріалом, має властивості широкозонного напівпровідника і навіть може бути виготовлена у вигляді структурних керамічних компонентів.

Виробництво включає реакцію та піроліз полісилоксанів під тиском, подрібнення у вигляді порошку, спікання для формування твердих форм, а потім шліфування для остаточного формування мікроструктури. Кожен етап відіграє невід'ємну роль у виробництві кінцевого матеріалу з різними результатами залежно від використовуваних методів формування, які мають значний вплив на мікроструктуру.

Теоретична щільність

Щільний склад карбіду кремнію відіграє ключову роль у його здатності протистояти хімічним, термічним і механічним навантаженням. Завдяки чудовій твердості та теплопровідності карбід кремнію є чудовим матеріалом для високопродуктивних застосувань, що працюють в умовах високих навантажень.

Щільніші матеріали, як правило, мають більшу стійкість до корозії та зносу. Крім того, низькі показники розширення/стиснення дозволяють їм краще витримувати екстремальні температури, що робить їх ідеальними для електричних і газових систем.

SiC також дуже стійкий до радіації і має надзвичайно велику ширину забороненої зони порівняно з іншими напівпровідниками, що дозволяє йому працювати при набагато вищих температурах, напругах і частотах порівняно з аналогами. Тому SiC можна знайти в різних галузях електроніки та промисловості, включаючи енергетику, аерокосмічну та автомобільну промисловість.

Досягнення високої щільності SiC може бути складним завданням для великих компонентів. Але завдяки технології рампового пресування стало можливим досягнення рівномірної щільності до 98% теоретичної щільності. Процес включає створення однорідної дисперсії субмікронної порошкової суміші, що складається в основному з карбіду кремнію з добавкою бору; потім формування цієї порошкової суміші в зелені тіла перед спіканням при 1900-2100 градусів за Цельсієм в умовах контрольованої атмосфери.

Борвмісні добавки слід додавати під час змішування порошку в кількості, еквівалентній одній частині за вагою елементарного бору на 100 частин карбіду кремнію, для безпечного ущільнення без сегрегації на границях зерен.

Фізична щільність

Карбід кремнію (C-Si) - це штучний матеріал, що складається з вуглецю (C) і кремнію (Si). Він має другий після карбіду бору показник твердості за шкалою Мооса (9 одиниць) і пропонує виняткову міцність, зносостійкість і корозійну стійкість; насправді він навіть може витримувати вплив плавикової та сірчаної кислот, не піддаючись корозії - плюс вода, більшість хімічних речовин, включаючи луги, не здатні його розчинити! Універсальність карбіду кремнію як інженерного матеріалу також робить його популярним серед науковців.

Оскільки наждак витримує високошвидкісне різання і шліфування, а також використовується для абразивоструминної обробки та механічної обробки, він широко застосовується в сучасних лапідарних роботах завдяки своїй довговічності та економічності. Крім того, він слугує важливою сировиною для виробництва шліфувальних і полірувальних сумішей.

Карбід кремнію став основним матеріалом космічних технологій завдяки своїй надзвичайній міцності та стійкості до радіації. Дзеркала з карбіду кремнію були обрані для кількох найбільших телескопів, таких як "Гершель" і "БепіКоломбо", або навіть можуть бути виготовлені у вигляді жорсткої рами, що витримує температуру Венери і рівень радіації, який перевищує всі очікування.

Нещодавні експериментальні дані демонструють, що a-SiC стабільний у фазі B1 у широкому діапазоні умов, які відповідають очікуваним умовам мантії багатих на вуглець екзопланет, на відміну від його поведінки на Землі, де він швидко розкладається на кремнезем і кисень.

Хімічна щільність

Карбід кремнію, більш відомий як SiC, - це хімічна сполука, що складається з кремнію (атомний номер 14) і вуглецю (атомний номер 6). Він має колір від переливчасто-зеленого до синювато-чорного, негорючий; його щільність становить 3,21 грама на кубічний сантиметр.

Карбід кремнію в обмеженій кількості зустрічається в природі в метеоритах, родовищах корунду та кімберліту, проте більшість карбіду кремнію, що використовується в електронних пристроях, виробляється синтетично. Едвард Ачесон вперше синтезував карбід кремнію в 1891 році, коли намагався створити штучні алмази, нагріваючи глину і порошкоподібний кокс в електродуговій печі; при цьому він помітив яскраво-зелені кристали, схожі на алмаз, прикріплені до вугільних електродів, і назвав ці кристали "муассанітом" за типом каменю, який вони нагадували.

SiC - це напівпровідниковий матеріал з надзвичайно широкою забороненою зоною, що дозволяє йому працювати при більш високих температурах і напругах, ніж інші напівпровідникові матеріали. Завдяки чудовій теплопровідності розсіювання тепла відбувається швидко, а щільна кристалічна структура забезпечує чудову зносостійкість - ідеально підходить для таких застосувань, як ріжучі інструменти.

EAG Laboratories має великий досвід аналізу SiC з використанням як об'ємних, так і просторових аналітичних методів. SiC є надзвичайно корисним матеріалом для виробництва напівпровідників, оскільки його можна легувати різними елементами для зміни його електротермічних характеристик. Забезпечення концентрації та просторового розподілу домішок при одночасному усуненні небажаних домішок має першочергове значення для створення високоякісних напівпровідникових продуктів.

Теплова щільність

Карбід кремнію - надзвичайно щільний матеріал і одна з найтвердіших доступних речовин, що забезпечує чудову корозійну стійкість як керамічний матеріал, який, можливо, може зменшити використання активних систем охолодження в електромобілях.

Карбід кремнію (SiC) - це ковалентно зв'язана світло-сіра тверда речовина з відносною твердістю алмазу за шкалою Мооса. Вогнетриви з такими властивостями ідеально підходять для використання, оскільки SiC має високу температуру плавлення, теплопровідність і низький коефіцієнт теплового розширення.

Карбід кремнію можна легувати азотом або фосфором, щоб отримати напівпровідник n-типу; або берилієм, бором, алюмінієм і галієм, щоб отримати напівпровідник p-типу. Завдяки своїй широкій забороненої зоні він може витримувати втричі вищу напругу, ніж стандартні кремнієві напівпровідники. Карбід кремнію став основним матеріалом для виробництва електронних пристроїв завдяки його широкому використанню в якості матеріалу для електронних компонентів.

Природні поклади SiC існують у деяких зразках метеоритів, родовищах корунду та кімберліту, але більшість промислового SiC отримують синтетичним шляхом. Варіанти SSiC і SiSiC є одними з найбільш часто використовуваних матеріалів для складних умов, таких як 3D-друк, балістичне виробництво, хімічне виробництво та енергетичні технології, а також компоненти трубних систем завдяки своїм тепловим властивостям; їх вища щільність, ніж у чистого кварцу, робить ці сполуки привабливою заміною металу, і вони пропонують хороші властивості жорсткості, твердості і стійкості до високих температур, які конкурують з тепловими властивостями чистого кварцу порівняно з чистим кварцом і стійкістю до високих температур, що робить ці сполуки привабливою альтернативою заміні металу.