Apa Itu Silikon Karbida?

Silikon karbida, yang lebih sering disebut sebagai karborundum, terjadi secara alami sebagai mineral langka moissanite dan meteorit; namun, sebagian besar SiC komersial yang dijual saat ini dibuat secara sintetis.

Carbon fibre reinforced plastic (CFRP) adalah bahan yang sangat keras dan berikatan kovalen yang dihasilkan melalui reduksi karbotermal pasir silika dan kokas minyak bumi di dalam tungku tahan listrik, sehingga tahan terhadap korosi dan abrasi.

Termodinamika

Silikon Karbida (SiC) adalah keramik antimon yang dikenal dengan kekerasan, konduktivitas termal yang tinggi, dan ketahanan terhadap reaksi kimia. Selain itu, SiC menampilkan koefisien muai panas yang rendah sehingga cocok untuk aplikasi yang menuntut ketahanan terhadap panas atau guncangan termal.

SiC adalah bahan yang sangat murni dengan peringkat kekerasan skala Mohs 9. Bahan ini dapat dibuat dengan memanaskan campuran pasir dan karbon dalam tungku tipe hambatan listrik; penyempurnaan lebih lanjut dapat mencakup penambahan dopan aluminium yang menghasilkan perangkat semikonduktor tipe-n atau tipe-p.

Titik leleh SiC dapat bervariasi tergantung pada struktur kristal polimorfiknya. Tersedia dalam lebih dari 70 bentuk yang berbeda, termasuk alfa silikon karbida (4H-SiC) dengan struktur kristal heksagonal yang menyerupai Wurtzite yang paling umum. Beta silikon karbida juga tersedia dengan struktur kristal kubik berpusat muka yang mirip dengan zincblende atau sfalerit untuk penggunaan secara luas.

Struktur Kristal

Silikon karbida adalah bahan kristal dengan berbagai jenis atau polytype, masing-masing memiliki susunan lapisan yang spesifik yang diikat bersama oleh atom silikon dan karbon dalam formasi tetrahedral. Urutan penumpukan setiap polytype memberikan struktur kristal yang unik.

Silikon Karbida hadir dalam dua jenis utama, yaitu alfa silikon karbida (a-SiC) dan beta silikon karbida (b-SiC). Dari kedua bentuk ini, beta SiC menunjukkan struktur kristal kubik yang berpusat pada wajah yang mengingatkan pada berlian, zincblende atau sfalerit.

Keramik tahan api SiC memiliki konduktivitas termal yang sangat baik karena jari-jari atom yang hampir sama antara a-SiC dan b-SiC, memberikan konduktivitas termal yang baik. Selain itu, properti ini memungkinkan fonon untuk merambat secara bebas di dalam komposisinya. Semua fitur ini digabungkan dengan titik lelehnya yang tinggi dan tingkat ekspansi termal yang rendah untuk membuat silikon karbida menjadi bahan yang menarik untuk tungku bersuhu tinggi serta memberikan ketahanan terhadap korosi dan sifat kekakuan yang menjadikannya pilihan bahan yang menarik.

Komposisi Kimia

Silikon karbida adalah bahan keramik non-oksida dengan kelembaman kimiawi dan sifat mekanik dan fisik yang sangat baik, termasuk kekuatan tinggi, kekerasan Mohs 9, tingkat ekspansi termal rendah, ketahanan terhadap reaksi kimia, sifat ketahanan mulur yang sangat baik, dan suhu hingga 1600 derajat Celcius tanpa mulai teroksidasi.

Pemadatan menghasilkan atom karbon dan silikon yang membentuk struktur koordinasi tiga kali lipat, seperti yang terungkap dari distribusi faktor bentuknya yang menunjukkan puncak yang jelas pada 109 derajat (sudut tetrahedral) serta daerah yang luas di sekitar puncak ini, yang menunjukkan adanya berbagai struktur lokal.

SiC dapat diproduksi dengan melebur tanah liat dan bubuk batu bara atau melalui reduksi langsung dalam tungku listrik dengan karbon atau hidrogen. Edward Goodrich Acheson pertama kali memproduksi SiC dalam skala besar dengan menggunakan proses elektrotermal pada tahun 1891; sejak saat itu, material yang tahan lama ini telah digunakan secara luas untuk pemesinan abrasif dan pelapisan, serta diaplikasikan pada aplikasi lain seperti refraktori dan komponen elektronik.

Aplikasi

Silikon karbida memiliki sejumlah aplikasi yang berguna. Bahan ini merupakan bahan abrasif populer yang digunakan untuk menggiling dan memoles logam seperti kuningan, perunggu, baja dan marmer; dan memotong keramik. Selain itu, peringkat skala Mohs-nya yang mencapai 9 berarti memiliki kemiripan yang dekat dengan kekerasan berlian serta sangat tahan lama dan tahan terhadap reaksi kimia.

Konduktivitas termal dan ekspansi termal adalah kualitas yang sangat baik dari aluminium nitrida, membuatnya ideal untuk digunakan sebagai pelindung balistik. Selain itu, karakteristiknya yang kuat dan kaku membuatnya cocok untuk sistem senjata balistik serta mesin rudal dan roket.

Reaktor Tempat Tidur Kerikil (Pebble Bed Reactor/PBR). Selain itu, ketahanan inheren bahan ini terhadap oksidasi membuatnya cocok untuk produksi batu bata tahan api dan lapisan reaktor nuklir seperti Pebble Bed Reactor. Selain itu, keramik alumina dan zirkonia yang dibuat dengan bahan ini juga menggunakan Pebble Bed Reactor dalam produk mereka; selain itu, kekerasan, kekakuan, dan ekspansi termal yang rendah membuatnya menjadi pilihan bahan cermin yang menarik untuk digunakan dengan teleskop astronomi.