Silicio karbido apibrėžimas

Silicio karbidas, paprastai vadinamas SiC, yra juoda arba tamsiai žalia kristalinė medžiaga, kuri gali būti susintetinta laboratorijoje arba randama gamtoje kaip retas mineralas moisanitas.

Keraminės medžiagos yra vienos lengviausių, kiečiausių ir stipriausių pažangiųjų keraminių medžiagų. Jų atsparumas fiziniam dilimui, korozijai, šiluminiam plėtimuisi ir susitraukimui yra neprilygstamas, be to, jos pasižymi unikaliomis elektrinėmis savybėmis.

Fizikinės savybės

Silicio karbidas (SiC) yra labai kieta ir trapi medžiaga, randama gamtoje kaip mineralas moisanitas ir pramonėje kaip abrazyvas ir puslaidininkis. Dėl unikalaus fizikinių savybių derinio SiC jau seniai ieškomas įvairioms reikmėms.

SiC kristalinė struktūra kinta priklausomai nuo grynumo: nuo šešiakampio ar romboedrinio a-SiC iki kubinio b-SiC (kuris transformuojasi į a-SiC esant aukštesnei nei 2100 laipsnių temperatūrai). Pramoninis SiC gali būti baltas, geltonas, žalias, žalias, mėlynas ar net juodas, priklausomai nuo priemaišų kiekio ir tipo.

Grynas silicio karbidas yra elektrinis izoliatorius, tačiau apdorotas legiruojančiomis medžiagomis ar priemaišomis jis tampa puslaidininkis, todėl idealiai tinka naudoti mažos energijos elektroniniuose prietaisuose, pavyzdžiui, šviesos dioduose ir detektoriuose.

Įspūdingas silicio karbido atsparumas ekstremalioms sąlygoms paskatino vis platesnį jo naudojimą kosmoso technologijose, pavyzdžiui, "BepiColombo" misijoje į Merkurijų, kur saulės kolektoriuose naudojami SiC diodai, įrodę, kad gali atlaikyti net atšiauriausias kosmoso sąlygas. Be to, unikalus silicio karbido pramoninio naudingumo ir dvasinės simbolikos derinys leido jam tapti dvasinės praktikos pasekėju, nes jis skatina atkakliai įveikti gyvenimo iššūkius ir įkvepia transformaciją juos patiriant; tai dar labiau skatina pasaulinės rinkos augimą.

Elektrinės savybės

Priklausomai nuo temperatūros, silicio karbidas gali būti ir izoliatorius žemesnėje temperatūroje, ir metalinis laidininkas aukštesnėje temperatūroje. Tačiau pridėjus tokių priemaišų kaip azoto ar fosforo priemaišos, kurios sukuria papildomus laisvuosius krūvio nešiklius (elektronus ir skylutes), silicio karbidas taip pat gali tapti puslaidininkine medžiaga su padidėjusiu krūvio nešiklių (elektronų ir skylučių) kiekiu.

Aliuminio lydiniai dažnai naudojami pjovimo įrankiuose, taip pat konstrukcijose, pavyzdžiui, automobilių stabdžiuose, sankabose ir neperšaunamų liemenių keraminėse plokštelėse. Be to, ši medžiaga dažnai naudojama ir žaibolaidžiuose bei astronominių teleskopų veidrodžiuose.

SiC elektrines savybes dar labiau pagerina jo platus draustinės juostos tarpas, nes elektronams perkelti iš valentinės juostos į laidumo juostą reikia mažiau energijos, palyginti su siliciu, todėl padidėja pramušimo įtampa ir sutrumpėja perjungimo laikas, todėl sumažėja nuostoliai ir padidėja efektyvumas.

Silicio karbido tranzistoriai suteikia didelę naudingumo naudą elektromobiliuose, nes mažesniu ir lengvesniu inverteriu galima tiekti daugiau galios, ypač didėjant įkrovimo standartams iki 800 voltų, todėl reikalingi komponentai su minimaliais nuostoliais dirbant su aukšta įtampa. Silicio karbidas šiuos sprendimus siūlo naudodamas IGBT ir MOSFET tranzistorius, kurie pasižymi didelės blokuojančios įtampos galimybėmis ir itin maža įjungimo varža, leidžiančia patikimiau pasiekti aukštą įtampą, todėl galima užtikrinti ilgesnį važiavimo nuotolį ir mažesnes sistemos sąnaudas.

Šiluminės savybės

Silicio karbido kietumas pagal Moso skalę yra 9 balai, todėl jis yra kiečiausia kada nors sukurta sintetinė medžiaga. Gaminamas miltelių arba kristalų pavidalo, silicio karbidas gali būti sujungtas į keramiką, naudojamą kaip abrazyvai ir struktūrinės medžiagos, pavyzdžiui, neperšaunamų liemenių šarvai arba automobilių stabdžių plokštelių keraminės plokštelės. Dėl savo šiluminių savybių jis taip pat naudojamas sudėtingose srityse, pavyzdžiui, lydant metalus, statant chemijos perdirbimo įrenginius ar energijos gamybos įrangą.

Silicio karbido atsparumas cheminėms reakcijoms ir tvirtumas aukštoje temperatūroje daro jį neįkainojama žaliava kietosioms ugniai atsparioms medžiagoms gaminti, o keramikos panaudojimo sritys apima stiprių, dilimui atsparių dangų ir šlifavimo terpės kūrimą. Be to, silicio karbidas yra puiki medžiaga dinaminio sandarinimo technologijoms, naudojamoms siurbliuose ir pavaros sistemose.

Grynas silicio karbidas veikia kaip izoliatorius; kontroliuojamai pridėjus priemaišų, pavyzdžiui, aliuminio, boro, galio ar azoto priemaišų, jis tampa puslaidininkiu. Silicio karbido puslaidininkiai pasižymi itin plačiu draustinės juostos tarpu; elektronų perkėlimas iš valentinės juostos į laidumo juostą reikalauja daug daugiau energijos nei kituose puslaidininkiuose, todėl jiems suardyti reikia mažesnės įtampos ir galima naudoti didesnius perjungimo dažnius su mažesne parazitine varža.

Mechaninės savybės

Silicio karbidas gali atlaikyti temperatūrą iki 1400 laipsnių C, o jo atsparumas lūžiams sumažėja minimaliai, todėl jis yra puiki abrazyvinė medžiaga, tinkama metalams ir keramikai šlifuoti, naudoti lapidaryje ir kaip konstrukcinė medžiaga automobiliuose, pvz., stabdžiuose ir sankabose; be to, jis naudojamas neperšaunamose liemenių keraminėse plokštelėse ir puslaidininkiniuose elektroniniuose prietaisuose, veikiančiuose aukštoje temperatūroje arba esant aukštai įtampai. Dėl savo kietumo SiC taip pat idealiai tinka kaip šlifavimo abrazyvas, naudojamas automobilių stabdžiuose ir sankabose, o dėl savo atsparumo lūžiams savybių yra naudingas kaip abrazyvinė medžiaga šlifuojant metalus ir keramiką, kai šios medžiagos abrazyvu naudojamos prieš keramines plokšteles, veikiančias aukštesnėje nei tikėtasi temperatūroje ir (arba) įtampoje, nei konkurentai - taigi dėl didelio patikimumo SiC yra populiarus abrazyvas lapidarijoje, kaip šlifavimo abrazyvas, naudojamas automobilių stabdžiuose ir sankabose, taip pat neperšaunamose liemenėse naudojamose keraminėse plokštelėse!!! ir puslaidininkinės elektronikos prietaisuose, veikiančiuose aukštesnėje nei tikėtasi temperatūroje ir (arba) įtampoje!

Grynas silicio karbidas yra elektrinis izoliatorius; kai į jį įmaišoma priemaišų, jis tampa pusiau laidus. Kadangi silicio karbidas turi platesnį juostos tarpą nei kristalinis silicis, o elektronams perkelti į laidumo juostą reikia didesnės energijos, silicio karbidas gali toleruoti didesnius pramušamuosius elektrinius laukus.

Karborundą (Carbrundm/) 1891 m. atrado pensilvanas Edvardas Ačesonas (Edward Acheson) ir nuo to laiko jis tapo viena svarbiausių pramoninių keraminių medžiagų. Gaminamas sintetiniu būdu, taip pat natūraliai randamas kaip moisanito mineralas, SiC jau daugiau kaip šimtą metų masiškai gaminamas miltelių pavidalu ir naudojamas kaip abrazyvas. SiC grūdeliai taip pat gali būti surišti naudojant įvairias rišamąsias medžiagas, kad susidarytų itin kieta keramika, kuri yra naudinga naudojant, kai reikia ir šiluminio atsparumo (atsparumo aukštai temperatūrai), ir mechaninio atsparumo (kietumo). SiC taip pat naudojamas metalams ar keramikai sutvirtinti.