Siliciumcarbide Dichtheid

Alleen diamant en kubisch boornitride (B4C) slijpmiddelen zijn harder dan SiC en bieden uitzonderlijke sterkte, duurzaamheid en thermische geleidbaarheidseigenschappen.

Kristallijn fluoriet vormt geelgroene tot blauwzwarte iriserende kristallen die bij 2700°C sublimeren en bij lagere temperaturen op grafiet neerslaan met behulp van de methode van Lely.

Dichtheid

Siliciumcarbide (SiC) is een uitzonderlijk harde, synthetisch geproduceerde kristallijne verbinding van silicium en koolstof met een extreem harde Mohs-schaalwaarde (9 op de schaal van Mohs). De dichtheid is 3,21 g cm-3 en het sublimeert bij 2700 graden Celsius; de kleuren variëren van geelgroen tot blauwzwart met iriserende eigenschappen; dit materiaal vertoont een lage thermische uitzetting terwijl het bestand blijft tegen chemische corrosie, oxidatie en hoge temperaturen.

De lage thermische uitzetting en stijfheid maken borosilicaatglas tot een ideaal materiaal voor gebruik in toepassingen die tolerantie vereisen voor veeleisende omgevingen zoals hoge temperaturen of spanningen, zoals industriële slijp-, snij- en polijsttoepassingen. Bovendien maken de abrasieve eigenschappen het ook nuttig in industriële slijptoepassingen. Bovendien maken de lage dichtheid en slijtvastheid het geschikt voor optische onderdelen in telescoopspiegels.

Als halfgeleidermateriaal kan SiC dankzij de brede bandkloof elektriciteit geleiden met hogere snelheden en met een grotere flexibiliteit dan standaard siliciumhalfgeleiders, waardoor het geschikt is voor elektronische apparaten die elektrische signalen versterken, schakelen of omzetten.

Edward G. Acheson was de eerste die in 1891 kunstmatig siliciumcarbide produceerde door een mengsel van klei en poedervormige cokes in een ijzeren kom te verhitten met een gewone koolstofbooglamp. Hij verraste zichzelf met heldergroene kristallen die aan zijn elektrode vastzaten en noemde ze carburetum naar de gelijkenis met de natuurlijke minerale vormen van aluminiumoxide (korund). De ontdekking van Acheson werd onafhankelijk gerepliceerd in Frankrijk door Henri Moissan in 1905 - natuurlijk voorkomende moissaniet edelstenen gevonden in Canyon Diablo meteorieten worden soms gebruikt als edelstenen.

Sterkte

Siliciumcarbide is een harde en brosse niet-oxide keramiek met uitstekende mechanische eigenschappen. Het is bestand tegen hoge temperaturen en blijft tegelijkertijd bestand tegen zuren, alkaliën en gesmolten zouten, waardoor het geschikt is voor veeleisende toepassingen zoals batterijen. Bovendien heeft siliciumcarbide een zeer lage thermische uitzettingscoëfficiënt, is het chemisch inert en heeft het uitstekende slijtvaste eigenschappen.

Sinds 1893 wordt siliciumcarbidepoeder op grote schaal geproduceerd als schuurmiddel voor gebruik in slijpschijven, snijgereedschappen en vuurvaste materialen. Met sintertechnologie kan het hardere keramiek vormen dat wordt gebruikt in autoremmen en -koppelingen en kogelvrije vestplaten; op dezelfde manier kunnen synthetische juwelen van moissaniet worden uitgesneden met dit proces en kunnen grote enkele kristallen worden gekweekt met de Lely-methode.

De extreme sterkte wordt bereikt door de vorming van tetrahedrale structuren van koolstof en silicium die met covalente bindingen in het kristalrooster bij elkaar worden gehouden. Diamant is een van de hardste natuurlijke stoffen en was het hardste synthetische materiaal totdat boornitride in 1929 op grote schaal beschikbaar kwam; tegenwoordig dient het als primair schuurmiddel in zowel schuurpapier als slijpschijven.

Gesinterd siliciumcarbide (SiC) wordt geproduceerd door de reactie tussen gesmolten silicium en koolstof bij extreem hoge temperaturen en extra doteermiddelen zoals stikstof of fosfor. Voor verdere doteringstoepassingen zoals aluminium gallium boor.

Stijfheid

De stijfheid van siliciumcarbide maakt het ideaal voor veel toepassingen met hoge sterkte, waaronder weerstand tegen thermische schokken. Bovendien is siliciumcarbide bestand tegen zuren en alkaliën voor gebruik in zware chemische omgevingen.

Siliciumcarbide is een bijzonder veelzijdig materiaal vanwege zijn duurzaamheid, maar een ander voordeel is dat het kan functioneren als een halfgeleider wanneer het gedoteerd wordt met bepaalde onzuiverheden. Aluminium-, boor- en galliumdopering worden p-type halfgeleiders, terwijl stikstof- en fosfordopering een n-type halfgeleider oplevert.

Halfgeleiders van siliciumcarbide hebben een brede bandkloof waardoor ze elektrische energie efficiënter kunnen transporteren dan conventionele halfgeleiders, waardoor ze bijzonder geschikt zijn voor apparaten met een hoge frequentie/spanning, zoals vermogenselektronica die gebruikt wordt in elektrische voertuigen en elektriciteitscentrales.

Siliciumcarbide is een geavanceerde technische keramiek die bestaat uit silicium en koolstof, die door sterke covalente bindingen aan elkaar zijn gebonden om een hexagonale structuur te vormen. Het is een geavanceerd technisch materiaal met superieure mechanische en isolerende eigenschappen dat in verschillende vormen en maten kan worden gemaakt voor verschillende toepassingen - zelfs kogelvrije bepantsering! Door zijn harde aard kunnen kogels het oppervlak niet penetreren. Bovendien heeft dit materiaal uitstekende schokbestendige eigenschappen en is het onbrandbaar zonder snelle reactie met lucht- of watermoleculen.

Thermische geleidbaarheid

De uitstekende thermische geleidbaarheid en lage thermische uitzettingskarakteristieken van siliciumcarbide maken het een uitstekend materiaal voor warmteafvoertoepassingen, waaronder plotselinge temperatuurverschuivingen. Bovendien is het door zijn lage smeltpunt bestand tegen hoge temperaturen zonder te vervormen of chemische reacties te ondergaan - twee eigenschappen die dit tot een uitstekende materiaalkeuze maken.

Siliciumcarbide is een harde, onbrandbare keramiek met een uiterlijk variërend van geelgroen tot blauwzwart, onbrandbaar en niet oplosbaar in water. Het kan echter worden gedispergeerd door alkaliën (NaOH en KOH) en gesmolten zouten bij temperaturen hoger dan 2350°C voordat het bij hoge temperaturen met chloor reageert tot siliciumdioxide.

Ceria heeft een aantrekkelijke dicht opeengepakte structuur, bestaande uit twee primaire coördinatietetraëders die bestaan uit koolstof- en siliciumatomen die dicht bij elkaar gebonden zijn. Elk van de primaire coördinatietetraëders verbindt zich met vier naaste buren om polytype structuren te vormen die bekend staan als polytypes die op verschillende manieren gestapeld worden om verschillende kristalstructuren met verschillende eigenschappen te vormen.

Siliciumcarbide (SiC) wordt meestal gezien als een legering met een zinkblende kristalstructuur die lijkt op Wurtzite; b-SiC met een gelijkwaardige zinkblende structuur begint echter terrein te winnen op de markt. Bij het kiezen van SiC voor een toepassing is het cruciaal om de juiste soort te kiezen op basis van de beoogde toepassing en de beschikbaarheid van de soort.