Silicio karbido naudojimo būdai

Silicio karbidas (SiC) yra itin kietas, sintetiniu būdu pagamintas kristalinis silicio ir anglies junginys. Silicio karbidas, paprastai vadinamas karborundu (Carbrndm), pasižymi dideliu tvirtumu.

Natūralus SiC randamas kaip retas brangakmenis moisanitas, taip pat labai ribotais kiekiais meteorituose, korundo telkiniuose ir kimberlite. Komercinė gamyba paprastai apima kvarcinio smėlio ir anglies kaitinimą aukštoje temperatūroje elektrinėje krosnyje, taip gaunant SiC.

Abrazyvinis

Silicio karbidas (SiC), viena kiečiausių medžiagų Žemėje, tapo nepakeičiamu įrankiu abrazyviniuose darbuose. Silicio karbidas yra pagrindinė šlifavimo diskų ir abrazyvinių audinių sudedamoji dalis, jis taip pat puikiai pjauna spalvotuosius metalus ir ugniai atsparias detales.

Silicio karbidas išlaiko abrazyvines savybes

Priešingai nei švitrinis popierius, pagamintas iš kitų abrazyvų, kurie laikui bėgant greitai susidėvi, silicio karbidas išlaiko laiko ir nusidėvėjimo išbandymą, todėl skirtingoms medžiagoms suteikia pastovius rezultatus ir tikslumą. Dėl šio patvarumo profesionalai ir "pasidaryk pats" entuziastai taip pat gali pasiekti laukiamų projektų rezultatų.

SiC plačiai naudojamas aukštos įtampos galios elektronikos prietaisuose, pavyzdžiui, Šotkio barjeriniuose dioduose ir bipoliniuose tranzistoriuose. Padidinus elektromobilių nuvažiuojamą atstumą ir patobulinus baterijų valdymo sistemas, taip pat sumažinus ir palengvinus didelės galios keitiklius, dėl SiC gali sumažėti elektromobilių įkrovimo stotelių sąnaudos.

Keramika

Silicio karbidas yra labai svarbus keramikos elementas dėl savo puikaus atsparumo korozijai ir oksidacijai, mažo plėtimosi ir šilumos toleravimo savybių. Silicio karbido keramika dažnai naudojama krosnių lentynose, degiklių antgaliuose ir purkštukų vamzdžiuose dėl atsparumo erozijai, korozijai ir dilimui.

SiC dažniausiai naudojamas kaip abrazyvinė medžiaga dėl savo kietos ir universalios sudėties, todėl iš jo galima gaminti šlifavimo diskus ir audinius. Be to, SiC gali būti derinamas su kitomis keraminėmis medžiagomis, kad būtų sukurtos tvirtos ir atsparios keraminės struktūros, pavyzdžiui, neperšaunamos plokštės ir antgaliai, taip pat aukštos temperatūros guoliai.

Silicio karbido atominė struktūra yra glaudžiai sukomplektuota, turinti du pirminius koordinacinius tetraedrus (sudarytus iš silicio ir keturių anglies atomų), sujungtus kampais ir sudarančius daugialypius tipus, kurių įvairios sudėties sekos lemia skirtingas kristalines struktūras, pasižyminčias savitomis savybėmis - tarp jų dažniausiai sutinkamas alfa silicio karbidas.

Elektronika

Silicio karbidas naudojamas kai kuriuose aukštos įtampos puslaidininkiniuose įtaisuose. Jis pasižymi didesne pramušimo įtampa nei silicis ir gerai veikia aukštos temperatūros aplinkoje - idealiai tinka tokiems taikymams kaip, pavyzdžiui, elektrinių transporto priemonių galios elektronika ir saulės energijos keitikliai.

Ši tvirta medžiaga pasižymi puikiu šilumos laidumu, todėl ją galima naudoti tokiose srityse kaip elektros energijos gamyba ir kosminė elektronika. Be to, dėl savo lydymosi temperatūros ji tinka keramikos gamybai plonų lakštų pavidalu arba gali būti dedama kaip priedas į kitas medžiagas, siekiant pagerinti jų mechanines savybes.

Grynas SiC yra elektrinis izoliatorius, tačiau jį dopinguojant priemaišomis elektrinės savybės pasikeičia ir jis tampa panašus į puslaidininkį. Pridėjus aliuminio, galio, boro, boro, azoto ar fosforo atomų, SiC gali tapti P arba N tipo prietaisais, todėl gaunami įvairūs silicio karbido politipai su skirtingu išsidėstymu išilgai c ašies ir įvairiomis kristalinėmis struktūromis, pavyzdžiui, kubine, heksagonine ar romboedrine.

Kuro elementai

Silicio karbidas yra nepakeičiama medžiaga daugelyje pramoninių procesų. Jis naudojamas kaip abrazyvas šlifavimo diskuose, pjovimo diskuose ir švitriniame popieriuje, taip pat gaminant keramiką, ugniai atsparias medžiagas ir dilimui atsparias dalis.

Mokslininkai tiria, kaip naudojant nanoporos kubinį silicio karbidą atskirti vandenį ir gaminti vandenilio dujas kuro elementams - tai galėtų tapti nauju inovatyviu atsinaujinančios energijos šaltiniu kovojant su visuotiniu atšilimu.

Silicio karbidas (SiC) plačiai taikomas galios elektronikoje, kur jis naudojamas IGBT ir bipoliniams tranzistoriams, kuriems būdinga didelė įjungimo varža esant didelei pramušimo įtampai, pakeisti prietaisais, kurie patikimiau veikia aukštesnėje temperatūroje ir turi daug mažesnius perjungimo nuostolius. SiC plačiai naudojamas kaip IGBT pakaitalas.

"Goldman Sachs" apskaičiavo, kad naudojant SiC elektros energijos keitiklių sistemose, jų dydis ir kaina galėtų sumažėti 30%, o tai leistų gamintojams gaminti įperkamus automobilius su SiC galios keitikliais.