Kiselkarbid \u00e4r ett av de h\u00e5rdaste syntetiska materialen, n\u00e4st efter diamant. P\u00e5 grund av sin otroliga h\u00e5rdhet utg\u00f6r kiselkarbid grunden f\u00f6r slitstarka keramiska komponenter som anv\u00e4nds i bromsar och kopplingar i bilar samt i skotts\u00e4kra v\u00e4star.<\/p>\n
Edward Acheson syntetiserade f\u00f6rst artificiell grafen 1891 med hj\u00e4lp av kol och kiselsand som kombinerades i en elektrisk grafitugn. Naturliga f\u00f6rekomster finns ocks\u00e5 i Canyon Diablo-meteoriten i form av transparenta moissanitmineral.<\/p>\n
Kiselkarbid (SiC), som f\u00f6rst syntetiserades p\u00e5 konstgjord v\u00e4g 1891 av Edward Acheson fr\u00e5n Pennsylvania, har l\u00e4nge anv\u00e4nts som industriellt slipmedel och strukturellt keramiskt material. SiC har visat sig vara s\u00e4rskilt popul\u00e4rt som ett slipmedel med utm\u00e4rkt slitstyrka och har d\u00e4rf\u00f6r en utbredd anv\u00e4ndning b\u00e5de som industriellt slipmedel och i strukturella keramiska till\u00e4mpningar. SiC:s t\u00e4tt packade kovalent bundna atomer producerar mycket starka kovalenta bindningar (bindningsenergi = 4,6 eV), vilket ger till\u00e4mpningar s\u00e4rskilt i tuffa milj\u00f6er; dessutom bildar dessa kovalenta bindningar starka tetraedriska bindningar genom att dela elektronpar fr\u00e5n sp3-hybridorbitaler; dessa starka bindningar mellan dess h\u00f6rn f\u00f6r att bilda pol\u00e4ra formationer i dess struktur som g\u00f6r detta material.<\/p>\n
Kiselkarbid f\u00f6rekommer i m\u00e5nga olika former, s\u00e5 kallade polytyper. Var och en har en unik kemisk sammans\u00e4ttning och bildar tetraedriska bindningar mellan kisel- och kolatomerna, vilket ger materialet unika egenskaper.<\/p>\n
Kiselkarbidens huvudsakliga mikrostruktur f\u00f6r\u00e4ndras med temperaturminskningen under stelningen. Vid h\u00f6gre temperaturer \u00e4ndras dess tetraedriska sp3-struktur till plan sp2, p\u00e5 grund av kortare Si-C-bindningsl\u00e4ngder \u00e4n C-Si-avst\u00e5ndet i bulk SiC.<\/p>\n
Kiselkarbid inneh\u00e5ller polytyper - kristallstrukturer som f\u00f6rekommer i olika proportioner n\u00e4r materialet v\u00e4xer - som har distinkta egenskaper som kan p\u00e5verka prestanda hos elektroniska enheter. Vanliga SiC-polytyper \u00e4r 4H och 6H, som har m\u00e5nga anv\u00e4ndningsomr\u00e5den, t.ex. i halvledarkomponenter.<\/p>\n
Det finns notationssystem f\u00f6r att beskriva kristallstrukturen hos polytyper, d\u00e4r Ramsdell-notation \u00e4r ett s\u00e5dant system som identifierar den genom lagerrepetition och kristallsymmetri - detta m\u00f6jligg\u00f6r kompakta men \u00e4nd\u00e5 informativa beskrivningar utan att avsl\u00f6ja dess interna atomstrukturer. Ett annat anm\u00e4rkningsv\u00e4rt notationssystem \u00e4r Zihl-Nelson symbolnotation som identifierar dess ing\u00e5ende polytyper baserat p\u00e5 staplingssekvens.<\/p>\n
Kiselkarbid inneh\u00e5ller m\u00e5nga polytyper, av vilka endast fyra hexagonala och sex rhomboedriska \u00e4r av intresse f\u00f6r tekniska till\u00e4mpningar (ABAB tv\u00e5skiktsperiodicitet med hexagonal symmetri k\u00e4nnetecknar 2H-SiC; andra icke-kubiska polytyper kan m\u00e4rkas med H-beteckningar, medan de som har blandad kubisk och rhomboedrisk symmetri kan anv\u00e4nda bokst\u00e4ver och siffror ist\u00e4llet, s\u00e5som 15R-SiC).<\/p>\n
Kiselkarbid kristalliserar i en intensivt t\u00e4tpackad struktur d\u00e4r varje lager \u00e4r kovalent bundet till sina grannar, vilket skapar ett intrikat tetraedriskt n\u00e4tverk som str\u00e4cker sig fr\u00e5n wurtzit (wurtz) till zinkbl\u00e4nde (4H-SiC). Varje polytyp kan identifieras genom sin specifika staplingssekvens av Si- och C-atomer - eftersom laterala translationer och rotationer inte skulle vara genomf\u00f6rbara energim\u00e4ssigt, blir skikten oorganiserade med tiden och leder till olika strukturer.<\/p>\n
Kristallografiska strukturer kan beskrivas genom sin symmetri som definieras av deras atomarrangemang och huvudaxlarnas l\u00e4ngd, bredd och vinklar i enhetscellen. Atomer i varje enhetscell \u00e4r ordnade enligt kemiska och geometriska egenskaper - i synnerhet f\u00f6r kisel- och kolpolytyper som 4H-SiC-polytyp har dess arrangemang h\u00f6g symmetri.<\/p>\n
Kiselkarbidens mycket kristallina struktur g\u00f6r den mycket motst\u00e5ndskraftig mot kemisk exponering, vilket g\u00f6r den l\u00e4mplig f\u00f6r kraftelektronikapplikationer d\u00e4r h\u00f6ga temperaturer m\u00e5ste tolereras. SiC \u00f6kar f\u00f6r n\u00e4rvarande kraftigt i popularitet inom kraftelektronik tack vare sina exceptionella fysikaliska och elektroniska egenskaper - dess motst\u00e5ndskraft mot h\u00f6ga temperaturer g\u00f6r det s\u00e4rskilt anv\u00e4ndbart som ett alternativt material f\u00f6r halvledare och oxidkeramer som ofta saknar motst\u00e5ndskraft mot h\u00f6ga temperaturer. Finns med olika polymorfa kristallstrukturer (4H-SiC \u00e4r s\u00e4rskilt l\u00e4mpat f\u00f6r h\u00f6geffektsapplikationer).<\/p>\n
Kiselkarbid, \u00e4ven kallat \"karborundum\", \u00e4r ett extremt h\u00e5rt och spr\u00f6tt material med m\u00e5nga potentiella anv\u00e4ndningsomr\u00e5den. Vanliga exempel \u00e4r slipmedel och sk\u00e4rverktyg; strukturella material (skotts\u00e4kra v\u00e4star och kompositpansar); bromsskivor f\u00f6r bilar; \u00e5skledare; \u00e5skledare; spegelmaterial i teleskop; samt spegelmaterial som anv\u00e4nds som spegelmaterial. Med sin h\u00f6ga sm\u00e4ltpunkt, l\u00e5ga densitet och sublimeringstemperatur \u00e4r det ett utm\u00e4rkt val f\u00f6r m\u00e5nga h\u00f6gtemperaturarbeten, t.ex. bromsskivor f\u00f6r bilar eller spegelmaterial som anv\u00e4nds som spegelmaterial i teleskop.<\/p>\n
Kisel och kol i kiselkarbid \u00e4r f\u00f6renade genom kovalenta bindningar. Deras elektronpar delar sig i sp3-hybridorbitaler f\u00f6r att bilda mycket starka tetraedriska kovalenta bindningar som ger kiselkarbid dess unika och \u00f6nskv\u00e4rda egenskaper.<\/p>\n
Kiselkarbid skiljer sig fr\u00e5n kisel genom att dess bandgap \u00e4r bredare, vilket g\u00f6r att den kan motst\u00e5 h\u00f6gre elektriska f\u00e4lt och arbeta i h\u00f6gre hastigheter. Dess elektriska egenskaper g\u00f6r den till en oumb\u00e4rlig komponent f\u00f6r kraftelektronikenheter i tuffa milj\u00f6er, s\u00e4rskilt i kraftomvandlingssystem.<\/p>\n
H\u00f6g sm\u00e4ltpunkt, l\u00e5g densitet, h\u00f6g sublimeringstemperatur och utm\u00e4rkt v\u00e4rmeledningsf\u00f6rm\u00e5ga g\u00f6r kolfibern till ett ov\u00e4rderligt tillskott i m\u00e5nga olika applikationer. Den \u00e4r mycket korrosionsbest\u00e4ndig och dess kemiska stabilitet g\u00f6r att den t\u00e5l h\u00f6ga temperaturer under l\u00e5ng tid; dessutom leder dess \u00f6verl\u00e4gsna termiska effektivitet snabbt bort friktionsv\u00e4rme p\u00e5 ett effektivt s\u00e4tt.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide is one of the hardest synthetic materials, second only to diamond. Due to its incredible hardness, silicon carbide serves as the basis of long-wearing ceramic components used in automotive brakes and clutches as well as bulletproof vests. Edward Acheson first synthesized artificial graphene in 1891 using carbon and silica sand combined in an …<\/p>\n