Piikarbidin käyttötarkoitukset

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova, synteettisesti valmistettu kiteinen pii- ja hiiliyhdiste. Piikarbidilla on suuri lujuus, ja siitä käytetään yleisesti nimitystä Carborundum/Karbrndm/.

Luonnollista SiC:tä esiintyy harvinaisena jalokivenä, moissanitissa, sekä hyvin vähäisiä määriä meteoriiteissa, korundiesiintymissä ja kimberliitissä. Kaupallisessa tuotannossa kuumentaa yleensä piihiekkaa ja hiiltä korkeissa lämpötiloissa sähköuunissa, jolloin saadaan SiC:tä.

Hionta-aine

Piikarbidista (SiC), yhdestä maapallon kovimmista materiaaleista, on tullut välttämätön työkalu hiomasovelluksissa. Piikarbidi on hiomalaikkojen ja hiomaliinojen pääkomponentti, ja se soveltuu erinomaisesti myös muiden kuin rautametallien ja tulenkestävien osien leikkaamiseen.

Piikarbidi säilyttää hiontaominaisuudet

Toisin kuin muilla hioma-aineilla valmistettu hiomapaperi, joka kuluu nopeasti ajan myötä, piikarbidi kestää aikaa ja kulutusta, ja sen tulokset ovat tasaisia ja tarkkoja eri materiaaleissa. Tämän kestävyyden ansiosta sekä ammattilaiset että tee-se-itse-harrastajat voivat saavuttaa odotettuja tuloksia projekteissaan.

SiC:tä käytetään laajalti korkeajännitteisissä tehoelektroniikkalaitteissa, kuten Schottky-esteiden diodeissa ja bipolaaritransistoreissa. SiC:n avulla sähköajoneuvojen ajomatkat pitenevät, akunhallintajärjestelmiä parannetaan ja suuritehomuuntimista tehdään pienempiä ja kevyempiä, minkä ansiosta sähköajoneuvojen latausasemakustannukset voivat pienentyä.

Keramiikka

Piikarbidi on keramiikassa tärkeä elementti, koska se kestää erinomaisesti korroosiota ja hapettumista ja sillä on matala laajeneminen ja lämmönkestävyysominaisuudet. Piikarbidikeramiikkaa käytetään usein uunien hyllyissä, polttimien suuttimissa ja suihkuputkissa, koska se kestää eroosiota, korroosiota ja kulutusta.

SiC:tä käytetään useimmiten hioma-aineena sen kovan ja monipuolisen koostumuksen vuoksi, minkä ansiosta siitä voidaan valmistaa hiomalaikkoja ja -kankaita. Lisäksi SiC:tä voidaan yhdistää muihin keraamisiin materiaaleihin vahvojen ja joustavien keraamisten rakenteiden, kuten luodinkestävien levyjen ja suuttimien sekä korkean lämpötilan laakereiden valmistamiseksi.

Piikarbidin atomirakenne on tiivis, ja siinä on kaksi primaarista koordinaatiotetraedriä (jotka koostuvat pii- ja neljästä hiiliatomista), jotka on yhdistetty kulmilla muodostaen monityyppejä, joilla on erilaisia pinoamisjärjestyksiä, jotka johtavat erilaisiin kiderakenteisiin, joilla on omat erityisominaisuutensa - alfa-piikarbidi on näistä yleisimmin käytetty.

Elektroniikka

Piikarbidia käytetään joissakin korkeajännitteisissä puolijohdekomponenteissa. Sen läpilyöntijännite on piitä korkeampi ja se toimii hyvin korkeissa lämpötiloissa, mikä sopii erinomaisesti esimerkiksi sähköajoneuvojen tehoelektroniikkaan ja aurinkovaihtosuuntaajiin.

Tämä vankka materiaali tarjoaa erinomaisen lämmönjohtavuuden, minkä ansiosta se on käyttökelpoinen esimerkiksi sähköntuotannossa ja ilmailuelektroniikassa. Lisäksi sen sulamispisteen ansiosta se soveltuu ohuina levyinä keramiikan valmistukseen tai sitä voidaan lisätä lisäaineena muihin materiaaleihin niiden mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi.

Puhdas SiC on sähköinen eriste, mutta sen seostaminen epäpuhtauksilla muuttaa sen sähköisiä ominaisuuksia puolijohteen kaltaisiksi. Kun SiC:tä seostetaan, siitä voidaan tehdä P- tai N-tyyppisiä laitteita lisäämällä siihen alumiini-, gallium-, boori-, typpi- tai fosforiatomeja, mikä johtaa erilaisiin piikarbidin polytyyppeihin, joilla on erilaiset järjestelyt c-akselin suuntaisesti ja erilaiset kiderakenteet, kuten kuutiomainen, kuusikulmainen tai romboedrinen rakenne.

Polttokennot

Piikarbidi on välttämätön materiaali monissa teollisuusprosesseissa. Sitä käytetään hiomalaikkojen, leikkuukiekkojen ja hiekkapaperin hioma-aineena, ja sitä käytetään myös keramiikan, tulenkestävien aineiden ja kulutusta kestävien osien valmistukseen.

Tutkijat tutkivat nanohuokoisen kuutiomaisen piikarbidin käyttöä veden erottamiseen ja vetykaasun tuottamiseen polttokennoja varten - tämä voisi tarjota uuden innovatiivisen uusiutuvan energianlähteen ilmaston lämpenemisen torjumiseksi.

Piikarbidia (SiC) käytetään laajalti tehoelektroniikassa, jossa sillä korvataan IGBT- ja bipolaaritransistorit, jotka kärsivät suuresta kytkentävastuksesta korkeilla läpilyöntijännitteillä, laitteilla, jotka toimivat luotettavammin korkeammissa lämpötiloissa ja joiden kytkentähäviöt ovat paljon pienemmät. SiC:tä käytetään laajalti IGBT:n korvaajana.

Goldman Sachs arvioi, että SiC:n käyttö sähköautojen virtamuuntajajärjestelmissä voisi pienentää kokoa ja kustannuksia 30%, mikä antaisi valmistajille mahdollisuuden valmistaa edullisempia autoja, joissa on SiC-tehomuuntimet.