Zastosowania węglika krzemu

Węglik krzemu (SiC) to niezwykle twardy, syntetycznie wytwarzany krystaliczny związek krzemu i węgla. Powszechnie określany jako Carborundum/Karbrndm/, węglik krzemu wykazuje dużą wytrzymałość.

Naturalny SiC można znaleźć jako rzadki kamień szlachetny moissanit, a także w bardzo ograniczonych ilościach w meteorytach, złożach korundu i kimberlicie. Komercyjna produkcja zazwyczaj obejmuje ogrzewanie piasku krzemionkowego z węglem w wysokich temperaturach w piecu elektrycznym w celu wytworzenia SiC.

Materiał ścierny

Węglik krzemu (SiC), jeden z najtwardszych materiałów na Ziemi, stał się niezbędnym narzędziem w zastosowaniach ściernych. Węglik krzemu, będący głównym składnikiem ściernic i tkanin ściernych, doskonale sprawdza się również w cięciu metali nieżelaznych oraz części ogniotrwałych.

Węglik krzemu zachowuje swoje właściwości ścierne

W przeciwieństwie do papieru ściernego wykonanego z innych materiałów ściernych, które z czasem szybko się zużywają, węglik krzemu wytrzymuje próbę czasu i zużycia, zapewniając spójne wyniki i precyzję w przypadku różnych materiałów. Trwałość ta pozwala również profesjonalistom i entuzjastom majsterkowania osiągnąć oczekiwane rezultaty w swoich projektach.

SiC jest szeroko stosowany w wysokonapięciowych urządzeniach energoelektronicznych, takich jak diody barierowe Schottky'ego i tranzystory bipolarne. Zwiększając odległości jazdy pojazdów elektrycznych i ulepszając systemy zarządzania akumulatorami, a także czyniąc przetwornice dużej mocy mniejszymi i lżejszymi; SiC może prowadzić do obniżenia kosztów stacji ładowania pojazdów elektrycznych.

Ceramika

Węglik krzemu jest istotnym elementem ceramiki ze względu na jego doskonałą odporność na korozję i utlenianie, a także niską rozszerzalność i tolerancję na ciepło. Ceramika z węglika krzemu jest często wykorzystywana w półkach pieców, dyszach palników i rurach strumieniowych; ze względu na jej odporność na erozję, korozję i ścieranie.

SiC jest najczęściej stosowany jako materiał ścierny ze względu na swój twardy i wszechstronny skład; pozwala to na wytwarzanie ściernic i tkanin. Co więcej, SiC może być łączony z innymi materiałami ceramicznymi, tworząc mocne i sprężyste struktury ceramiczne, takie jak kuloodporne płyty i dysze, a także łożyska wysokotemperaturowe.

Struktura atomowa węglika krzemu jest ciasno upakowana, z dwoma podstawowymi czworościanami koordynacyjnymi (składającymi się z krzemu i czterech atomów węgla) połączonymi narożnikami w celu utworzenia wielotypów z różnymi sekwencjami układania, co skutkuje odrębnymi strukturami krystalicznymi o własnych specyficznych właściwościach - wśród nich najczęściej spotykany jest węglik krzemu alfa.

Elektronika

Węglik krzemu jest stosowany w niektórych wysokonapięciowych urządzeniach półprzewodnikowych. Charakteryzuje się on wyższym napięciem przebicia niż krzem i dobrze sprawdza się w środowiskach o wysokiej temperaturze - idealnie nadaje się do zastosowań takich jak na przykład elektronika zasilająca w pojazdach elektrycznych i falownikach słonecznych.

Ten wytrzymały materiał charakteryzuje się doskonałą przewodnością cieplną, dzięki czemu jest przydatny w zastosowaniach takich jak wytwarzanie energii i elektronika lotnicza. Co więcej, jego temperatura topnienia sprawia, że nadaje się do produkcji ceramiki w postaci cienkich arkuszy lub może być dodawany jako dodatek do innych materiałów w celu zwiększenia ich właściwości mechanicznych.

Czysty SiC jest izolatorem elektrycznym, ale domieszkowanie go zanieczyszczeniami zmienia jego charakterystykę elektryczną, aby zachowywał się jak półprzewodnik. Po domieszkowaniu, SiC może stać się urządzeniem typu P lub typu N poprzez dodanie atomów glinu, galu, boru, azotu lub fosforu - co prowadzi do różnych rodzajów węglika krzemu o różnych układach wzdłuż osi c i o różnych strukturach krystalicznych, takich jak struktury sześcienne, sześciokątne lub romboedryczne.

Ogniwa paliwowe

Węglik krzemu jest niezbędnym materiałem w wielu procesach przemysłowych. Służy jako materiał ścierny w ściernicach, tarczach tnących i papierze ściernym, a także jest wykorzystywany do produkcji ceramiki, materiałów ogniotrwałych i części odpornych na zużycie.

Naukowcy badają wykorzystanie nanoporowatego sześciennego węglika krzemu do oddzielania wody i produkcji wodoru do ogniw paliwowych - może to zapewnić nowe, innowacyjne źródło energii odnawialnej do walki z globalnym ociepleniem.

Węglik krzemu (SiC) znajduje szerokie zastosowanie w energoelektronice, gdzie służy do zastąpienia tranzystorów IGBT i tranzystorów bipolarnych, które cierpią z powodu wysokiej rezystancji włączenia przy wysokich napięciach przebicia, urządzeniami, które działają bardziej niezawodnie w wyższych temperaturach przy znacznie zmniejszonych stratach przełączania. SiC jest szeroko stosowany jako zamiennik IGBT.

Goldman Sachs szacuje, że wykorzystanie SiC w systemach konwerterów mocy pojazdów elektrycznych może zmniejszyć rozmiar i koszt o 30%, co pozwoliłoby producentom na produkcję bardziej przystępnych cenowo samochodów z konwerterami mocy SiC.