Definition af siliciumcarbid

Siliciumcarbid (SiC) er en ultrahård ikke-oxidkeramik med særlige egenskaber og anvendelsesmuligheder, som først blev opdaget i 1891 af den amerikanske opfinder Edward G. Acheson, da han forsøgte at fremstille kunstige diamanter.

SiC er typisk en isolator i ren tilstand, men kan udvise halvledningsevne gennem kontrolleret doping. Et materiale med bredt båndgab som SiC kan flytte elektrisk energi mere effektivt end traditionelle halvledere.

Oprindelse

Siliciumcarbid (SiC) er en hård, sprød forbindelse af kulstof og silicium med den kemiske formel SiC. Materialet forekommer naturligt som mineralet moissanit, men er blevet masseproduceret som slibemiddel siden 1893. Korn af dette materiale kan smeltes sammen ved hjælp af sintring for at producere meget hård keramik, der har anvendelser som bilbremser/koblinger/koblingsplader indlejret i skudsikre veste samt elektroniske halvlederenheder, der opererer ved høje temperaturer og/eller spændinger.

Moderne metoder til fremstilling af siliciumcarbid til brug i slibemiddel-, metallurgi- og ildfasthedsindustrien involverer opvarmning af en blanding af rent silica-sand og kulkoks i en elektrisk modstandsovn med elektrisk strøm, der passerer gennem kulstofledere for at udløse kemiske reaktioner, der producerer SiC. Det er en intensiv proces, som kan vare i dagevis, mens begge elementer brænder væk i intetheden, før de til sidst forsvinder i intetheden igen.

SiC er et usædvanligt stabilt materiale med lav varmeudvidelse. Disse egenskaber kombineret med dets hårdhed, stivhed og varmeledningsevne gør det til et fremragende valg til spejle, der bruges i store optiske teleskoper. SiC er også ved at blive en attraktiv erstatning for traditionelle siliciumhalvledere i krævende anvendelser som effektelektronik til landbaserede elektriske køretøjer og 5G-mobilnetværk, da det kan modstå højere effekttætheder og driftstemperaturer, samtidig med at det giver større pålidelighed end disse traditionelle materialer.

Ejendomme

Siliciumcarbid (SiC), der er fremstillet af en kombination af silicium og kulstof, er et spændende materiale med mange ønskværdige egenskaber. SiC er hårdt, holdbart og kan modstå høje temperaturer; det er ikke oxideret og modstandsdygtigt over for korrosion; og det er ekstremt stærkt og slibende keramik, hvilket gør det velegnet til bl.a. bremser og koblinger samt strukturelle materialer som skudsikre veste.

Siliciumcarbid er i ren tilstand en elektrisk isolator, men når det behandles med kontrolleret doping af urenheder, kan det udvise halvledende egenskaber. I modsætning til ledere, som altid tillader fri elektricitetsstrøm, kan halvledere forstærke, skifte eller konvertere elektriske strømme gennem stimulering fra elektriske felter eller elektromagnetiske bølger som lys. Denne evne danner grundlag for elektroniske enheder som Schottky-dioder, MOSFET'er og FET'er, som har betydeligt lavere tændingsmodstand end bipolære transistorer, når de anvendes ved højspænding.

Siliciumcarbids båndgab er betydeligt større end siliciums, og det kræver betydeligt mere energi for elektroner at gå fra dets valensbånd til ledningsbåndet - det gør det muligt at modstå betydeligt større elektriske felter uden strømtab i elektroniske enheder.

Anvendelser

Siliciumcarbid (SiC) har for nylig fået et comeback som industrielt keramisk materiale og er blevet et af de hårdeste kendte stoffer, der konkurrerer med diamant og borcarbid med hensyn til hårdhed. SiC bruges også i skudsikkert panser - dets hårde keramiske blokke forhindrer kugler i at trænge igennem dem.

Siliciumcarbid kan også blive en halvleder ved tilsætning af kontrollerede urenheder. Doping kan omfatte tilsætning af bor og aluminium til p-type halvledere eller nitrogen og fosfor for at skabe n-type halvledere - dette giver mange anvendelsesmuligheder i produktionen af elektroniske enheder som f.eks. effekthalvledere.

SiC bruges oftest som slibemiddel, hvor man udnytter dets hårdhed eller slibeevne til at skure metaller, glas og keramiske overflader som f.eks. fliser. Desuden øger smeltning af SiC og anvendelse som belægning på stålværktøjer holdbarheden, mens det fungerer som stabilisator ved fremstilling af højkvalitetskeramik er en anden anvendelse.

Selv om SiC findes naturligt som moissanit-ædelsten, foregår det meste af SiC-produktionen syntetisk. SiC produceres ved at reducere silicasand med kulstof i elektriske modstandsovne ved høje temperaturer; derefter blandes det med koks for at producere sorte eller grønne varianter kendt som a-SiC og b-SiC, som derefter forarbejdes i henhold til deres tilsigtede anvendelser.

Marked

Siliciumcarbid er en af de mest gavnlige kemiske forbindelser, mennesket kender, og det er også et af de hårdeste stoffer, man kender. Siliciumcarbid er sjældent i naturen, men skal syntetiseres, før det kan bruges kommercielt. Siliciumcarbid bruges i forskellige industrielle sammenhænge, herunder robotteknologi, produktionsanlæg og motordrev, hvor dets holdbarhed giver modstandsdygtighed over for slid; skæreværktøjer og slibeskiver bruger det også i stor udstrækning.

Siliciumcarbids brede båndgab gør det muligt at arbejde ved højere frekvenser og temperaturer, samtidig med at energitabene minimeres, hvilket fører til større effektivitet og længere batterilevetid for elbiler. Denne efterspørgsel har skabt en stigning i salget af SiC-effektelektronik.

Medlemmerne af SiC-industrien høster også frugterne af den stærke offentlige støtte i Nordamerika, såsom forskningstilskud, finansieringsincitamenter og belønninger for innovation og teknologiudvikling.

SkyQuests Advanced Business Intelligence, Research & Analysis Wing (ABIRAW) leverer detaljeret markedsinformation om siliciumcarbid (SiC). De indsamler, sammenholder og korrelerer primære og sekundære data for at få et klart billede af dette marked og gennemfører derefter dybdegående analyser, der identificerer drivkræfter, udfordringer og muligheder inden for det - i sidste ende tilbyder de strategiske forretningsbeslutninger en køreplan, de kan følge til succes. Rapporterne er tilgængelige både på deres hjemmeside og kan købes via Amazon i begrænsede perioder.