Формула за силициев карбид

Силициевият карбид, по-често наричан карборунд или SiC, е изключително твърд (9 по скалата на Моос) материал с отлични термични свойства, който се получава чрез нагряване на висококачествен кварцов пясък със ситно смлян въглерод в електрическа пещ.

Медта има многобройни приложения в промишлеността и ежедневието, като например абразивна шкурка и шлифовъчни дискове, режещи инструменти, твърди керамични материали и режещи инструменти. Освен това тя може да издържа на много високи температури, без да става горима - важна характеристика.

Физични свойства

Физическите свойства на силициевия карбид включват твърдост, твърдост и топлопроводимост. Той може да издържа на температури до 1600 градуса по Целзий, като същевременно остава обработваем след преминаване през интензивен процес на синтероване и шлифоване. Силициевият карбид се нарежда на второ място като изключително твърд материал на Земята и може да се обработва прецизно с прецизни допуски след скъпоструващи процеси като синтероване и шлифоване.

Мойсанитът се среща в природата като изключително рядък минерал и се произвежда масово под формата на прах и кристали за използване в абразивни приложения, керамични плочи за бронежилетки, автомобилни спирачки и съединители, полупроводникови устройства и скъпоценни камъни с ювелирно качество.

SiC кристализира в различни структури с различно подреждане на силициевите и въглеродните атоми, като най-разпространена е диамантено-кубичната фаза (b-SiC), която е много стабилна поради сходните атомни радиуси и осигурява отлична топлопроводимост. SiC е неразтворим във вода, но разтворим в разтопени основи и желязо. Като кристално вещество цветът му варира от зелен до синкавочерен.

Химични свойства

Силициевият карбид (SiC) е изключително издръжлив материал - химически инертен, термично стабилен и широко използван в множество приложения, вариращи от производството на абразиви, системи за топлинен мениджмънт и съвременна електроника до повишаване на якостта на металните сплави. Като ценна металургична добавка той намалява огнеупорните загуби, като същевременно значително подобрява якостта на металните сплави.

SiC може да бъде открит в природата като минерала моисанит в метеорити, но по-често се синтезира по процеса на Ачесън, наречен на името на своя изобретател Едуард Гудрич Ачесън, от края на 19 век. Той включва нагряване на смес от чист силициев диоксид и фино смлян въглерод под формата на петролен кокс до температури между 1700 и 2500 градуса по Целзий в електрическа пещ.

SiC съществува под формата на множество полиморфи, които се различават в зависимост от начина на подреждане на силициевите и въглеродните атоми, като в търговската мрежа най-често се среща алфа силициев карбид (a-SiC), който се характеризира с хексагонална кристална структура, подобна на Вурцит. Бета модификациите с лицевоцентрирана кубична кристална структура, като цинков бленд или сфалерит, доскоро имаха малко приложения, но все по-често се използват като носители за хетерогенни катализатори поради по-голямата си повърхност.

Топлинни свойства

Силициевият карбид се отличава с изключителна специфична топлинна стойност и топлопроводимост, три пъти по-висока от тази на медта, с по-ниско термично разширение от металите или керамичните материали, което го прави отличен избор на материал за приложения, свързани с екстремни температури или вибрации.

Съединение, получено при нагряване на силициев пясък (SiO2) и кокс в електрическа пещ до много високи температури, при което се получават жълто-зелени до синкаво-черни преливащи се кристали с жълти до зелени до зелени оттенъци и общ жълто-зелено-синкаво-черен оттенък в зависимост от температурните настройки. Промишлените продукти могат да съдържат примеси от желязо, причиняващи кафяво или черно оцветяване поради наличието на Fe2O3.

Чистият силициев карбид се държи като електрически изолатор, но свойствата му на полупроводник с широка разделителна ивица го правят подходящ за приложения в силовата електроника. Допирането може да включва азот или фосфор за постигане на метална проводимост, докато берилий, бор, алуминий или галий могат да бъдат добавени за увеличаване на работното напрежение - идеално за приложения като инвертори за електрически превозни средства.

Механични свойства

Силициевият карбид има способността да издържа на изключително високи температури, което го прави отличен материал за използване в огнеупорни облицовки и керамични материали. Освен това силициевият карбид може да се използва за производство на абразивни материали, като шкурка, режещи инструменти и шлифовъчни дискове, които се използват за приложения при високо налягане/висока температура, като автомобилни части и ракетни дюзи.

Твърдостта на разтопената сол по Моос е 9, което я прави здрав материал. Освен това нейната химическа инертност означава, че тя остава непроменена от киселини, основи или други разтвори като киселини. Освен това температурите до 2700 градуса по Целзий не нарушават и не променят по никакъв начин свойствата му.

Прахът от силициев карбид може да се комбинира с неоксидно свързващо вещество, за да се образува паста, която след това може да се уплътни и оформи чрез студено изостатично пресоване или екструдиране. Глината често е избрана, тъй като тя предотвратява изпарението на SiO2 в зоните на шийките между частиците, като същевременно насърчава уплътняването - което прави тази техника едновременно икономична и ефективна при производството на плътни продукти от силициев карбид.