Verwendung von Siliziumkarbid

Siliziumkarbid (SiC) ist eine extrem harte, synthetisch hergestellte kristalline Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff. Siliziumkarbid wird gemeinhin als Carborundum/Karbrndm/ bezeichnet und weist eine hohe Festigkeit auf.

Natürliches SiC kommt in Form des seltenen Edelsteins Moissanit sowie in sehr geringen Mengen in Meteoriten, Korundvorkommen und Kimberlit vor. Bei der kommerziellen Produktion wird in der Regel Quarzsand mit Kohlenstoff bei hohen Temperaturen in einem Elektroofen erhitzt, um SiC herzustellen.

Abrasivmittel

Siliziumkarbid (SiC), eines der härtesten Materialien der Erde, ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug für Schleifanwendungen geworden. Als Hauptbestandteil von Schleifscheiben und Schleifgeweben eignet sich Siliziumkarbid auch hervorragend zum Schneiden von Nichteisenmetallen und feuerfesten Teilen.

Siliziumkarbid bewahrt seine abrasiven Eigenschaften

Im Gegensatz zu Schleifpapier aus anderen Schleifmitteln, das sich im Laufe der Zeit schnell abnutzt, hält Siliziumkarbid dem Test der Zeit und der Abnutzung stand und liefert gleichbleibende Ergebnisse und Präzision bei verschiedenen Materialien. Dank dieser Langlebigkeit können sowohl Profis als auch Heimwerker die erwarteten Ergebnisse für ihre Projekte erzielen.

SiC wird häufig in Hochspannungs-Leistungselektronikbauteilen wie Schottky-Barriere-Dioden und bipolaren Transistoren verwendet. Durch die Erhöhung der Fahrstrecken von Elektrofahrzeugen und die Verbesserung der Batteriemanagementsysteme sowie die Verkleinerung und das geringere Gewicht von Hochleistungswandlern kann SiC zu einer Senkung der Kosten für Ladestationen für Elektrofahrzeuge führen.

Keramik

Siliciumcarbid ist aufgrund seiner ausgezeichneten Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, seiner geringen Ausdehnung und seiner Hitzetoleranz ein wichtiger Bestandteil der Keramik. Siliciumcarbid-Keramik wird aufgrund seiner Beständigkeit gegen Erosion, Korrosion und Abrieb häufig für Ofenböden, Brennerdüsen und Strahlrohre verwendet.

SiC wird aufgrund seiner harten und vielseitigen Zusammensetzung am häufigsten als Schleifmittel eingesetzt; so lassen sich daraus Schleifscheiben und -gewebe herstellen. Außerdem kann SiC mit anderen keramischen Werkstoffen kombiniert werden, um starke und widerstandsfähige keramische Strukturen wie kugelsichere Platten und Düsen sowie Hochtemperaturlager zu bilden.

Die atomare Struktur von Siliciumcarbid ist dicht gepackt und weist zwei primäre Koordinationstetraeder (bestehend aus Silicium- und vier Kohlenstoffatomen) auf, die über Ecken miteinander verbunden sind und so Polytypen mit verschiedenen Stapelsequenzen bilden, die zu unterschiedlichen Kristallstrukturen mit ihren eigenen spezifischen Eigenschaften führen - Alpha-Siliciumcarbid ist dabei am häufigsten anzutreffen.

Elektronik

Siliziumkarbid wird in einigen Hochspannungs-Halbleiterbauelementen verwendet. Es hat eine höhere Durchbruchsspannung als Silizium und eignet sich gut für Hochtemperaturumgebungen - ideal für Anwendungen wie Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge und Solar-Wechselrichter zum Beispiel.

Dieses robuste Material zeichnet sich durch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aus, was es für Anwendungen wie Energieerzeugung und Luft- und Raumfahrtelektronik interessant macht. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seines Schmelzpunkts für die Keramikherstellung in Form von dünnen Platten oder als Zusatzstoff zu anderen Materialien, um deren mechanische Eigenschaften zu verbessern.

Reines SiC ist ein elektrischer Isolator, aber die Dotierung mit Verunreinigungen verändert seine elektrischen Eigenschaften, so dass es sich wie ein Halbleiter verhält. Durch Dotierung kann SiC durch Hinzufügen von Aluminium-, Gallium-, Bor-, Stickstoff- oder Phosphoratomen in P- oder N-Typ-Bauelemente umgewandelt werden, was zu verschiedenen Polytypen von Siliciumcarbid mit unterschiedlichen Anordnungen entlang der c-Achse und mit verschiedenen Kristallstrukturen wie kubisch, hexagonal oder rhomboedrisch führt.

Brennstoffzellen

Siliciumcarbid ist ein unverzichtbares Material in vielen industriellen Prozessen. Es dient als Schleifmittel in Schleifscheiben, Trennscheiben und Schleifpapier und wird auch zur Herstellung von Keramik, feuerfesten Materialien und verschleißfesten Teilen verwendet.

Wissenschaftler erforschen den Einsatz von nanoporösem kubischem Siliziumkarbid zur Abtrennung von Wasser und zur Erzeugung von Wasserstoffgas für Brennstoffzellen - dies könnte eine innovative neue Quelle für erneuerbare Energie zur Bekämpfung der globalen Erwärmung sein.

Siliziumkarbid (SiC) findet breite Anwendung in der Leistungselektronik, wo es dazu dient, IGBTs und bipolare Transistoren, die unter einem hohen Einschaltwiderstand bei hohen Durchbruchsspannungen leiden, durch Bauelemente zu ersetzen, die bei höheren Temperaturen zuverlässiger arbeiten und wesentlich geringere Schaltverluste aufweisen. SiC wird in großem Umfang als IGBT-Ersatz verwendet.

Goldman Sachs schätzt, dass durch den Einsatz von SiC in Stromrichtersystemen für Elektrofahrzeuge die Größe und die Kosten um 30% reduziert werden könnten, was es den Herstellern ermöglichen würde, erschwinglichere Autos mit SiC-Stromrichtern zu produzieren.