Hustota karbidu křemíku a aplikace

Karbid křemíku, označovaný také jako karborundum, je sloučenina složená z čistého křemíku a uhlíku. Tento keramický materiál má mnoho užitečných vlastností, včetně odolnosti vůči abrazivním vlivům, vysoké teplotní stability a široké pásmové mezery mezi polovodiči.

Společnost American Elements nabízí vysoce čistý SiC ACS Reagent Grade a Technical Grade ve standardních a přizpůsobených baleních. Obraťte se na nás pro více informací!

Vysoká tvrdost

Karbid křemíku patří mezi nejtvrdší keramické materiály. Jeho tvrdost navíc zůstává relativně neovlivněna při zvýšených teplotách, takže je vhodný pro vysokoteplotní aplikace, jako jsou vysokoteplotní topné prvky v generátorech dalekého infračerveného záření a chemických reaktorech. Karbid křemíku navíc dobře odolává opotřebení třecími silami, takže je vhodný pro mechanické ucpávky používané v čerpacích systémech a také ideální pro použití na pískování vstřikovacích trysek a topných těles v generátorech dalekého infračerveného záření.

Výroba karbidu křemíku obvykle zahrnuje vysokoteplotní tavení surovin, jako je křemenný písek a ropný koks (nebo uhelný koks), v odporové peci, přičemž vzniká zelený karbid křemíku, který se pak rozemele na prášek a poté se stlačí na granule, dále rozemele a vyčistí na konečný produkt.

Granulovaný SiC je buď reakčně vázaný, nebo přímo slinutý, čímž se vyrábějí různé druhy, přičemž reakčně vázaný tvoří nižší náklady, ale hrubší zrna pro vyšší teploty použití a odolnost proti opotřebení než přímo slinutý. Párové nanášení nabízí účinný způsob výroby čistších forem materiálu pro určité aplikace, čímž se získá konzistentnější mikrostruktura s menším množstvím nečistot, což zvyšuje tvrdost záření. Vysoká radiační tvrdost činí SiC zvláště výhodným v elektronických aplikacích, kde jeho atomární struktura přispívá k rozptylu elektronů a protonů na povrchu a také k prodloužení životnosti zařízení při dlouhodobém vystavení záření.

Vysoká tepelná vodivost

Karbid křemíku je extrémně tepelně vodivý materiál. Vede čtyřikrát více tepla než karbid bóru a více než desetkrát více tepla než diamant, a to díky atomům uhlíku, které tvoří kovalentní vazbu s jedním atomem křemíku ve středu krystalové struktury, což z něj činí vynikající volbu pro vysokoteplotní aplikace.

Keramický materiál je navíc vysoce odolný proti korozi a odolává náročným chemickým podmínkám, které se mohou vyskytovat ve výrobnách papíru, energetických technologiích a zařízeních na zpracování oceli. Kromě toho je díky nízkému bodu varu a bodu tání bezpečný pro použití jako keramický materiál.

Sodnovápenaté sklo (SOG) lze dopovat dusíkem nebo fosforem, aby vznikl polovodič typu n, zatímco pro aplikace typu p lze přidat beryllium, bór, hliník a galium. SOG se často volí místo nitridu křemíku (SiN) kvůli jeho většímu povrchu.

Silikon je nejen výjimečným tepelným vodičem, ale také neocenitelným materiálem pro vyztužení pryžových kompozitů. Silikon může zvýšit tuhost a odolnost pryže proti oděru a současně snížit dobu vytvrzování a teplotu; navíc může snížit energii potřebnou k vytvrzení rovnoměrnějším rozptýlením vytvrzovacího činidla v celé směsi - ideální vlastnosti, díky nimž je tento materiál ideální pro výrobu pneumatik, průmyslových obložení a další aplikace náročné na podmínky.

Široká pásmová mezera

Karbid křemíku má větší pásmovou mezeru než běžné polovodičové materiály, což z něj činí ideální materiál pro výkonová zařízení, která vyžadují vysoké provozní teploty, vyšší spínací frekvence a vyšší energetickou účinnost. Kromě toho je karbid křemíku vynikajícím materiálem pro výrobu integrovaných obvodů (IC), které usnadňují výrobu výkonové elektroniky, počítačových komponent, rádiových systémů, optoelektronického pokroku atd.

Jeho jedinečná struktura se skládá z hexagonálních vrstev atomů křemíku a uhlíku uspořádaných do kubických mřížek s centrovaným povrchem (FCC). Atomární vazby dávají tomuto materiálu výjimečně vysokou pevnost vazeb a vytvářejí kovalentní sítě po celém jeho povrchu - což vede k výjimečně široké pásové mezeře 3,26 eV.

Široké energetické mezery v pásech umožňují zvýšení excitace párů elektron-díra v materiálu a vznik fotonů rekombinací s páry elektron-díra; výsledné světlo se nazývá luminiscence.

Polovodiče WBG se vyznačují vysokým průrazným napětím, které jim umožňuje efektivně pracovat při vyšších teplotách, což vede ke zvýšení hustoty výkonu a vynikající účinnosti. Díky tomu lze výkonová zařízení na bázi karbidu křemíku konstruovat s použitím menších chladičů a chladicích systémů, což umožňuje kompaktnější rozměry.

Společnost Navitas GeneSiC nabízí celou řadu patentovaných zařízení, jako jsou SiC Schottkyho diody a přechodové tranzistory schopné pracovat s napětím až 1200 V. Chcete-li zjistit, jak můžete tento výkonný a zároveň účinný materiál začlenit do svého dalšího konstrukčního projektu, kontaktujte nás.

Lehké

Karbid křemíku je extrémně tvrdý a pružný materiál, který je schopen odolávat vysokým teplotám a namáhání a zároveň zůstává lehký, takže je vhodný pro různé aplikace. Karbid křemíku lze nalézt v kompozitních materiálech, jako je karbid křemíku vyztužený uhlíkovými vlákny (CFRC), který se nachází v automobilových brzdách, a také v keramických deskách používaných pro neprůstřelné vesty. Kromě toho je z materiálu karbidu křemíku vyroben také pancíř Chobham, který používají vojenská vozidla, aby odolala zásahům nepřátelské palby, a který dokáže odolat nárazům nepřátelských zbraní s vysokou rychlostí.

SiC má vynikající odolnost proti korozi a může pracovat v náročných podmínkách bez poškození, jako je prostředí s vysokou teplotou a přítomností chemických látek, jako je kyselina fluorovodíková, fluorid sodný a aceton. Kromě toho zůstává jeho pevnost nepoškozená i při vysoké vlhkosti, aniž by došlo k narušení jeho integrity.

Karbid křemíku se v čistém stavu chová jako izolant, avšak řízeným přidáváním příměsí, tzv. dopantů, jej lze přimět k vedení elektřiny. Přidáním hliníku, boru nebo galia vzniká polovodič typu p, zatímco přidáním dusíku nebo fosforu vzniká polovodič typu N, který může za určitých okolností dosáhnout supravodivosti.

Karbid křemíku je nepostradatelným materiálem ve výzkumu a výrobě pokročilých materiálů. Díky svým vynikajícím vlastnostem je karbid křemíku schopen nahradit křemíkové polovodiče v náročných elektronických aplikacích, jako je výkonová elektronika pro pozemní elektrická vozidla nebo přístroje v kosmických průzkumných vozidlech, jako jsou rovery nebo sondy (Mantooth, Zetterling & Rusu). Kromě toho je tento materiál díky své dlouhodobé spolehlivosti a účinnosti vynikajícím kandidátem pro použití v systémech solární energie, které vyžadují dlouhodobou spolehlivost a účinnost (Mantooth et al.).