Употреби на силициев карбид

Силициевият карбид (SiC) е изключително твърдо, синтетично произведено кристално съединение на силиций и въглерод. Обикновено наричан карборунд, силициевият карбид се отличава с голяма здравина.

Естественият SiC може да бъде открит като редкия скъпоценен камък моисанит, както и в много ограничени количества в метеорити, корундови находища и кимберлит. Търговското производство обикновено включва нагряване на силициев пясък с въглерод при високи температури в електрическа пещ за получаване на SiC.

Абразивен

Силициевият карбид (SiC), един от най-твърдите материали на Земята, се е превърнал в незаменим инструмент в абразивните приложения. Силициевият карбид, който е основна съставна част на шлифовъчните дискове и абразивните платна, се отличава и с рязане на цветни метали, както и на огнеупорни части.

Силициевият карбид запазва абразивните си свойства

За разлика от шкурката, изработена от други абразиви, които се износват бързо с времето, силициевият карбид издържа на изпитанието на времето и износването, като дава постоянни резултати и прецизност при различни материали. Тази издръжливост също така позволява на професионалистите и на любителите "Направи си сам" да постигат очакваните резултати за своите проекти.

SiC се използва широко във високоволтовите устройства на силовата електроника, като бариерни диоди на Шотки и биполярни транзистори. С увеличаването на разстоянието за шофиране на електрическите превозни средства и подобряването на системите за управление на батериите, както и с намаляването на размерите и олекотяването на мощните преобразуватели, SiC може да доведе до намаляване на разходите за зарядни станции за електрически превозни средства.

Керамика

Силициевият карбид е жизненоважен елемент в керамиката поради отличната си устойчивост на корозия и окисляване, с ниско разширение и топлоустойчивост. Керамиката от силициев карбид често се използва в рафтове на пещи, дюзи на горелки и струйни тръби; поради устойчивостта си срещу ерозия, корозия и абразия.

SiC се използва най-често като абразивен материал поради твърдия си и универсален състав; това позволява от него да се правят шлифовъчни дискове и платна. Освен това SiC може да се комбинира с други керамични материали, за да се образуват здрави и устойчиви керамични структури, като например куршумоустойчиви плочи и дюзи, както и високотемпературни лагери.

Атомната структура на силициевия карбид е плътно подредена и включва два първични координационни тетраедъра (състоящи се от силициев и четири въглеродни атома), свързани с ъгли, за да образуват политипове с различни последователности на подреждане, което води до различни кристални структури със свои специфични свойства - сред тях най-често се среща алфа силициевият карбид.

Електроника

Силициевият карбид се използва в някои високоволтови полупроводникови устройства. Той се отличава с по-високо напрежение на пробив от силиция и се представя добре в условия на висока температура - идеален за приложения като силова електроника за електромобили и соларни инвертори, например.

Този здрав материал се отличава с отлична топлопроводимост, което го прави полезен за приложения като производство на електроенергия и космическа електроника. Освен това температурата му на топене го прави подходящ за производство на керамика под формата на тънки листове или може да се добавя като добавка към други материали за повишаване на механичните им свойства.

Чистият SiC е електрически изолатор, но допирането му с примеси променя електрическите му характеристики, така че да се държи като полупроводник. Когато е легиран, SiC може да се превърне в устройство от P-тип или N-тип чрез добавяне на алуминиеви, галиеви, борови, азотни или фосфорни атоми - което води до различни политипове силициев карбид с различно разположение по оста c и с различни кристални структури като кубична, хексагонална или ромбоидна структура.

Горивни клетки

Силициевият карбид е незаменим материал в много промишлени процеси. Той служи като абразив в шлифовъчни дискове, режещи дискове и шкурка, а също така се използва за производство на керамика, огнеупорни материали и износоустойчиви части.

Учените проучват възможността за използване на нанопорест кубичен силициев карбид за отделяне на вода и получаване на водород за горивни клетки - това може да осигури нов иновативен източник на възобновяема енергия за борба с глобалното затопляне.

Силициевият карбид (SiC) намира широко приложение в силовата електроника, където служи за замяна на IGBT и биполярните транзистори, които страдат от високо съпротивление при включване при високи пробивни напрежения, с устройства, които работят по-надеждно при по-високи температури с много по-малки загуби при превключване. SiC се използва широко като заместител на IGBT.

Goldman Sachs изчислява, че използването на SiC в системите за преобразуване на захранването на електрически превозни средства може да намали размера и разходите с 30%, което ще позволи на производителите да произвеждат по-достъпни автомобили с преобразуватели на захранването от SiC.