Piikarbidi on viime aikoina noussut uudelleen t\u00e4rke\u00e4ksi teknologiamateriaaliksi. SiC:t\u00e4 k\u00e4ytettiin aiemmin l\u00e4hinn\u00e4 hioma-aineena ja teollisuusuunissa, mutta nyt sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n pitk\u00e4ik\u00e4isiss\u00e4 mekaanisissa osissa ja keraamisissa tuotteissa.<\/p>\n
Sintrattu (SiC) materiaali on itsesitoutuva, kova ja kest\u00e4v\u00e4 aine, joka on valmistettu kuumentamalla pii- ja hiiliatomit yhteen tetraedriseksi rakenteeksi. Kaupallisesti saatavilla olevia versioita on laajalti saatavilla.<\/p>\n
Piikarbidia esiintyy luonnossa harvinaisena mineraalina moissanite, mutta suurin osa piikarbidista on kuitenkin valmistettu. SiC:n koostumus koostuu sek\u00e4 keraamisista ett\u00e4 puolijohdeominaisuuksista, joten se on yksi markkinoiden mukautuvimmista tulenkest\u00e4vist\u00e4 materiaaleista.<\/p>\n
Ylivoimaisen estoj\u00e4nniteominaisuutensa ja alhaisemman ominaisvastuksen ansiosta teho-MOSFETit ovat erinomainen vaihtoehto FRD:ille ja IGBT:ille suurnopeussovelluksissa, joissa kytkent\u00e4virrat ovat useita kilovoltteja ja joissa tehoh\u00e4vi\u00f6t pidet\u00e4\u00e4n mahdollisimman pienin\u00e4.<\/p>\n
SiC-schottky-diodit ja MOSFETit eiv\u00e4t k\u00e4rsi l\u00e4mp\u00f6katkosta eritt\u00e4in korkeissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, mink\u00e4 ansiosta niill\u00e4 voidaan saavuttaa korkeampia estoj\u00e4nnitteit\u00e4 paljon pienemm\u00e4ll\u00e4 vastuksella kuin piilaitteilla.<\/p>\n
Piikarbidi on ep\u00e4orgaaninen keraaminen materiaali, joka tunnetaan erinomaisesta mekaanisesta lujuudestaan, korroosionkest\u00e4vyydest\u00e4\u00e4n, kulutuskest\u00e4vyydest\u00e4\u00e4n, hankauskest\u00e4vyydest\u00e4\u00e4n ja l\u00e4mm\u00f6njohtavuudestaan. Lis\u00e4ksi se ei liukene veteen, alkoholiin tai happoihin - paitsi fluorivetyhappoon! - joten se soveltuu useimmille orgaanisille ja ep\u00e4orgaanisille hapoille fluorivetyhappoa lukuun ottamatta.<\/p>\n
Luonnossa esiintyy luonnollisia moissanittiesiintymi\u00e4, mutta laajamittainen tuotanto alkoi vuonna 1893, kun Edward Goodrich Acheson yritti syntetisoida timantteja. Acheson kehitti s\u00e4hk\u00f6uunin ja perusti Carborundum Companyn hioma-aineen massatuotantoa varten. Korkean l\u00e4mp\u00f6tilankest\u00e4vyytens\u00e4 ja kemiallisen hy\u00f6kk\u00e4yksenkest\u00e4vyytens\u00e4 ansiosta sit\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n yleisesti masuunien vuoraukseen, kuparisulaton s\u00e4ili\u00f6iden vuoraukseen ja sinkkiuunien kaarilevyjen vuoraukseen.<\/p>\n
T\u00e4m\u00e4 materiaali kest\u00e4\u00e4 jopa 1800 C:n \/ 3272 F:n l\u00e4mp\u00f6tiloja hajoamatta, ja sen l\u00e4mp\u00f6laajeneminen on v\u00e4h\u00e4ist\u00e4, joten se soveltuu kemiallisiin sovelluksiin, kuten sy\u00f6vytt\u00e4vien kemikaalien, kuten fosfori-, rikki- ja typpihapon, erottamiseen.<\/p>\n
Puhdas piikarbidi ei ole tehokas s\u00e4hk\u00f6johdin, mutta sit\u00e4 voidaan parantaa seostamalla sit\u00e4 typell\u00e4, boorilla tai alumiinilla. Lis\u00e4ksi piikarbidin laajempi kaistanleveys auttaa sit\u00e4 voittamaan perinteisiin puolijohteisiin liittyv\u00e4t rajoitukset korkeaj\u00e4nnite- ja l\u00e4mp\u00f6tilasovelluksissa.<\/p>\n
Piikarbidi on yksi kovimmista ja kest\u00e4vimmist\u00e4 tunnetuista synteettisist\u00e4 materiaaleista. Sit\u00e4 esiintyy luonnossa moissanite-mineraaliesiintymin\u00e4 hyvin pieni\u00e4 m\u00e4\u00e4ri\u00e4, mutta massatuotanto alkoi vuonna 1893, ja sit\u00e4 k\u00e4ytettiin autojen keraamisissa jarruissa ja kytkimiss\u00e4 pitk\u00e4aikaisratkaisuina.<\/p>\n
SiC toimii alkuper\u00e4isess\u00e4 tilassaan s\u00e4hk\u00f6isen\u00e4 eristeen\u00e4, mutta ep\u00e4puhtauksilla seostettuna siit\u00e4 tulee aktiivinen puolijohde, jolla on P-tyypin ominaisuudet, kun taas boorilla seostettuna siit\u00e4 tulee N-tyypin puolijohde.<\/p>\n
SiC:n reaktiosintraus (RS) on yh\u00e4 suositumpi valmistusprosessi sen alhaisen k\u00e4sittelyl\u00e4mp\u00f6tilan, muokkauskyvyn ja korkean puhtauden ansiosta. Valitettavasti RS-SiC:n mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus ja Youngin moduuli, ovat kuitenkin yleens\u00e4 alhaisemmat kuin tavanomaisen sintratun piikarbidin.<\/p>\n
SiC on yksi kovimmista ihmiskunnan tuntemista materiaaleista, toiseksi kovinta vain timantin ja kuutiomaisen boorinitridin j\u00e4lkeen. Se kest\u00e4\u00e4 hyvin eroosiota, korroosiota ja happoja, ja sen suuri s\u00e4teilykovuus tekee siit\u00e4 sopivan hiekkasuodattimien suodattimeksi.<\/p>\n
SiC:t\u00e4 esiintyy luonnossa harvinaisena mineraalina moissanite, joka l\u00f6ydettiin ensimm\u00e4isen kerran vuonna 1893 Arizonan Canyon Diablo -meteoriitista. Suurin osa nykyisin k\u00e4ytt\u00e4m\u00e4st\u00e4mme hiilioksidista on kuitenkin synteettisesti tuotettu reaktiosidonta- ja sintrausprosesseja k\u00e4ytt\u00e4en.<\/p>\n
Alumiinioksidia k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n laajalti hiomalaikoissa, leikkuuty\u00f6kaluissa ja tulenkest\u00e4viss\u00e4 vuorauksissa; lis\u00e4ksi se tarjoaa erinomaisen kulutuskest\u00e4vyyden autosovelluksissa ja luotiliiveiss\u00e4.<\/p>\n
Piikarbidi on kemiallisesti inertti\u00e4, eritt\u00e4in korroosionkest\u00e4v\u00e4\u00e4 ja kest\u00e4\u00e4 jopa 1600oC:n l\u00e4mp\u00f6tiloja ilman, ett\u00e4 sen lujuus tai kest\u00e4vyys heikkenee. Lis\u00e4ksi sen erinomainen hapettumiskest\u00e4vyys mahdollistaa sen, ett\u00e4 se s\u00e4ilytt\u00e4\u00e4 eheytens\u00e4 n\u00e4iss\u00e4 \u00e4\u00e4rimm\u00e4isiss\u00e4 l\u00e4mp\u00f6tiloissa.<\/p>\n
Kumar et al. raportoivat, ett\u00e4 lyhyit\u00e4 hiilinanokuituja sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4 SiC-keramiikka osoitti pienemp\u00e4\u00e4 kitkaa ja kulumista liukuessaan ter\u00e4ksisi\u00e4 vastakappaleita vasten kuin ne, joissa ei ollut t\u00e4llaisia voiteluaineita, ja j\u00e4lkimm\u00e4inen johtui j\u00e4nnityskeskittymien rajoittamisesta hiilikalvon rajoituksen vuoksi.<\/p>\n
SiC-keramiikan raekokoa voidaan pienent\u00e4\u00e4 k\u00e4ytt\u00e4m\u00e4ll\u00e4 sintrauslis\u00e4aineita ja lis\u00e4\u00e4m\u00e4ll\u00e4 lis\u00e4faasia. Lis\u00e4ksi l\u00e4mp\u00f6k\u00e4sittely rakeiden v\u00e4listen faasien kiteytt\u00e4miseksi voi my\u00f6s auttaa lievent\u00e4m\u00e4\u00e4n niiden haitallisia vaikutuksia tribologiseen suorituskykyyn.<\/p>\n
Pii on hyv\u00e4ksi havaittu materiaali, mutta sen rajat ovat tulleet ilmeisiksi suuritehoisissa sovelluksissa. SiC tarjoaa lis\u00e4\u00e4 kaistaleveytt\u00e4, jonka ansiosta elektroniikka voi toimia korkeammissa l\u00e4mp\u00f6tiloissa, taajuuksilla ja j\u00e4nnitteill\u00e4.<\/p>\n
SiC-teholaitteet on rakennettu kest\u00e4m\u00e4\u00e4n korroosiota, happoja ja korkeita l\u00e4mp\u00f6tiloja - ne sopivat erinomaisesti \u00f6ljyn- ja kaasuntuotantoon. Keraamiset hiekkasuodattimet soveltuvat suodattimien pitk\u00e4n k\u00e4ytt\u00f6i\u00e4n ansiosta erinomaisesti my\u00f6s s\u00e4hk\u00f6autojen latausasemiin tai korkealla sijaitseviin voimalaitoksiin, kuten aurinkoenergian muuntamisj\u00e4rjestelmiin.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide has recently made a resurgence as an important technology material. Once used primarily as an abrasive and in industrial furnaces, SiC is now used in long-lasting mechanical parts and ceramic products. Sintered (SiC) material is a self-bonded, hard and durable substance made by heating silicon and carbon atoms together into a tetrahedral structure. …<\/p>\n