Ce este carbura de siliciu?

Carbura de siliciu este unul dintre cele mai dure materiale cunoscute, având o duritate Mohs mai mare decât diamantul. În plus, proprietățile sale mecanice includ valori excelente ale rezistenței la tracțiune și ale modulului Young.

Proprietățile electrice ale grafenului includ o mobilitate ridicată a electronilor la saturație și o rezistență ridicată la căderea de tensiune, ceea ce îl face potrivit pentru electronica de înaltă performanță, cum ar fi invertoarele.

Compoziție chimică

Carbura de siliciu (SiC) este un aliaj compus din carbon și siliciu cu structuri de legătură covalentă. SiC poate fi produs prin reacția unui amestec de carbon și siliciu în cuptoare cu rezistență electrică la temperaturi cuprinse între 1700-2500 de grade C; se obține astfel un lingou cilindric solid compus din grafit, alfa SiC, beta SiC de calitate metalurgică, precum și orice material nereacționat de pe suprafețele sale exterioare.

SiC este o formă cristalină de la galben la verde până la negru albăstrui, cu o densitate de 3,21 g cm-3 și sublimă la 2700 de grade C; de asemenea, se poate dizolva în soluții lichide alcaline și solubile în fier.

SiC este un material policristalin cu o microstructură internă variabilă în funcție de tipul său policristalin și de metoda de formare, cu proprietăți variate. O diferență esențială între polimorfii a-SiC și b-SiC constă în sistemele lor cristaline respective: wurtzită hexagonală pentru a-SiC și respectiv carbură de tungsten romboedrică (WC) - deși acesta din urmă are un punct de topire mai scăzut de 1875 degC decât omologul său, ceea ce îl face cea mai populară alegere dintre acești polimorfi.

Proprietăți fizice

SiC cristalin constă din atomi de siliciu și carbon dispuși într-o structură tridimensională de rețea care formează legături covalente între straturi, ceea ce conferă acestui material puncte de topire ridicate și rezistență la oxidarea internă, contribuind în același timp la duritatea sa.

Proprietățile electrice ale SiC cristalin depind de politipul său (cubic, hexagonal sau rombic). Fiecare poltip prezintă proprietăți electronice semiconductoare distincte datorită diferitelor aranjamente ale atomilor de Si și carbon în cadrul rețelei sale cristaline.

Într-un proces de producție tipic, SiC pur este sublimat la temperatură ridicată într-o atmosferă de gaz argon și apoi cristalizat pe cristale de semințe folosind procesul Lely, creând cristale unice care sunt prelucrate ulterior pentru aplicații în electronica de putere folosind etape de proces bine stabilite.

Proprietăți mecanice

Proprietățile dure și rezistente la uzură ale carburii de siliciu fac din aceasta un material abraziv excelent în lapidăria modernă. În plus, carbura de siliciu a fost, de asemenea, utilizată ca material refractar pentru căptușirea cuptoarelor industriale, precum și pentru construirea de discuri abrazive și unelte de tăiere.

SiC are proprietăți mecanice care variază semnificativ în funcție de procesele de formare și de ardere, de dimensiunea granulelor, de puritate, de stoichiometrie și de structura porilor din corpul său densificat. Temperatura are o influență enormă asupra acestor caracteristici, care pot diferi chiar foarte mult de la o sursă la alta.

Modulul Young pentru SiC dens este de aproximativ 400-450 GNm-2 la 20degC și 360-400 GNm-2 la 1500degC; rezistența la forfecare reprezintă jumătate din această valoare; rezistența la îndoire poate fi dificil de măsurat pentru astfel de materiale; valorile raportate în literatura de specialitate variază între 500-660 MNm-2 la 20degC și aproximativ 5000-6000 MNm-2 la 1500degC; rezistența la fluaj este excelentă, în timp ce nivelurile de tensiune trebuie să rămână în limite rezonabile pentru a preveni apariția fisurilor și fracturilor.

Proprietăți electrice

Carbura de siliciu are capacitatea de a rezista la temperaturi ridicate și la reacții chimice, oferind protecție împotriva degradării în medii dificile. Din păcate, însă, acest material fragil și dur atinge rezistențe la tracțiune la temperatura camerei de aproximativ 4GPa (Engineering Property Data' 1979).

SiC este cunoscut pentru conductivitatea sa electrică superioară și pentru rezistența sa scăzută; acest lucru îl face potrivit pentru aplicații electronice de putere și RF, cu o rezistivitate scăzută și o mobilitate ridicată a electronilor de saturație care pot fi exploatate în mod eficient. În plus, durabilitatea SiC se extinde la rezistența la radiații și la șocuri termice, precum și la durabilitate.

Producătorii folosesc diverse procese pentru a produce SiC cubic. Una dintre metode implică SiC legat prin reacție, produs prin amestecarea carbonului pulverizat cu plastifiant și arderea acestuia; prin infuzarea ulterioară se poate adăuga apoi siliciu gazos sau carbon topit în acesta pentru a forma mai mult SiC. O altă abordare utilizează depunerea chimică de vapori, prin care gazele intră într-o cameră vidată înainte de a fi depuse pe substraturi pentru creștere; această tehnologie s-a dovedit populară în industria semiconductorilor.