Siliziumkarbid Verwendungszwecke

Siliziumkarbid, gemeinhin als Carborundum bezeichnet, kommt in der Natur in Moissanit vor. SiC ist eines der härtesten synthetischen Materialien und kann durch verschiedene fortschrittliche Verfahren hergestellt werden.

SiC ist ein extrem hartes keramisches Material, das als Grundlage für langlebige Schleifmittel, Keramiken und feuerfeste Materialien verwendet wird. Außerdem weist SiC Halbleitereigenschaften mit breiter Bandlücke auf.

Abrasivmittel

Siliziumkarbid-Strahlmittel ist ein extrem hartes Material (9 auf der Mohs-Skala), ein kantiges Strahlmittel, das zum Ätzen, Steinstoßen, Sandstrahlen und für andere Zwecke verwendet wird. Es bietet Vielseitigkeit und Haltbarkeit zu geringeren Kosten als Diamant- oder Borkarbidoptionen. Es wird auch zum Schleifen von Nichteisenwerkstoffen, zur Endbearbeitung von zähen oder harten Werkstoffen sowie von Keramikteilen und zum Füllen von feuerfesten Komponenten verwendet.

Die schmalen, scharfen Kanten des Siliziumkarbidkorns ermöglichen es, Glas, Kunststoffe und mitteldichte Faserplatten mit minimalem Druck zu schneiden, obwohl Metalle oder Harthölzer nicht so leicht geschnitten werden können. Das Material selbst ist zwar weniger haltbar als braunes Schmelzkorund (BAO), doch bietet Siliziumkarbidkorn viel mehr Strahlzyklen für seine Kosten.

Bei Arbeitnehmern, die viel mit Sandstrahlmitteln arbeiten, besteht die Gefahr einer diffusen interstitiellen Lungenfibrose (DIPF), einer unheilbaren, vernarbenden Lungenerkrankung, ähnlich der Silikose.

Chemisch

Siliziumkarbid ist einer der härtesten bekannten Werkstoffe, der in Bezug auf Härte und Festigkeit direkt mit Diamant und Borkarbid konkurriert und dennoch nicht auf Chemikalien reagiert.

Siliciumcarbid wird durch chemische Reduktion von Siliciumdioxid mit Kohlenstoff bei hohen Temperaturen in Elektroöfen hergestellt, in der Regel unter hohem Druck. Siliciumcarbid kommt in der Natur in Form von Moissanit vor, der erstmals 1893 im Meteoritenkrater Canyon Diablo in Arizona entdeckt wurde; heute wird das meiste Siliciumcarbid jedoch synthetisch hergestellt.

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (synthetischer Karborund) besteht aus pulverisiertem Siliciumcarbid in Verbindung mit einem anorganischen Bindemittel wie Graphit, Tetraethylsilan oder Methyltrichlorsilan und bildet einen Grünkörper, der unter Druck gesetzt, extrudiert oder im Spritzgussverfahren zu festen Teilen verarbeitet werden kann. Reaktionsgebundenes SiC ist nicht reaktiv gegenüber Säuren oder Laugen und hält Temperaturen bis zu 1600 Grad Celsius stand.

Elektrisch

Die überlegene Schalteffizienz und Temperaturstabilität von Siliziumkarbid ermöglicht kleinere, schnellere Bauelemente, die höheren Spannungen standhalten als Bauelemente aus anderen Halbleitermaterialien wie Silizium.

Vor der Entdeckung von Borkarbid im Jahr 1929 war Siliciumcarbid (häufig als SiC abgekürzt) weithin als das härteste bekannte synthetische Material bekannt und wurde in großem Umfang industriell als Schleifmittel verwendet. Darüber hinaus wurde SiC als feuerfeste Auskleidung von Öfen, verschleißfeste Teile in Pumpen und Raketenmotoren, halbleitende Substrate für Leuchtdioden, als feuerfeste Heizelemente für Öfen, verschleißfeste Teile in Pumpen und Raketenmotoren sowie als halbleitende Substrate für Leuchtdioden verwendet.

Obwohl einige natürliche Quarz-Kohlenstoff-Verbindungen wie Moissanit in der Natur vorkommen, wird das meiste SiC synthetisch hergestellt. Edward Goodrich Acheson erfand SiC erstmals 1891, als er nach Möglichkeiten suchte, künstliche Diamanten mit einem Elektroofenverfahren herzustellen, das bis heute weitgehend unverändert geblieben ist: Durch Mischen von Quarzsand und Kohlenstoff in einem Elektroofen reduzierte Acheson Quarz-Kohlenstoff-Verbindungen zu einem künstlichen Diamanten.

Wärmetauscher

Siliziumkarbid wird häufig in elektrischen Geräten eingesetzt, um eine Energielücke für Elektronen zu schaffen, so dass die Elektronik bei höheren Temperaturen, Spannungen und Frequenzen funktionieren kann, als dies mit anderen Halbleitermaterialien möglich wäre.

Siliziumkarbid hat einen außergewöhnlich hohen Schmelzpunkt, der es sehr widerstandsfähig gegen Temperaturschocks macht. Da dieses keramische Material außerdem extrem hart und widerstandsfähig ist, eignet es sich hervorragend für den Einsatz unter extremen Bedingungen, z. B. in Wärmetauschern.

Washington Mills bietet CARBOREX(r) Siliziumkarbid in verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und Größen an, um die Anforderungen zahlreicher Industriezweige zu erfüllen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Strahlen, Anti-Rutsch-Schleifmittel, keramisch beschichtete Schleifmittel, Schleifscheiben, Schneidwerkzeuge, feuerfeste Materialien sowie andere Anwendungen. Unser Team unterstützt Sie gerne bei der Erkundung aller Möglichkeiten, die für Ihre Anwendung in Frage kommen!

Verschleißteile

Siliciumcarbid ist ein keramischer Werkstoff mit außergewöhnlichen thermomechanischen Eigenschaften, darunter Härte, Wärmeleitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich Siliciumcarbid für mechanische Dichtungen, Strukturkeramik, Wärmetauscher und sogar für ballistische Panzerungen.

Seit 1800 wird Aluminiumoxid in der Industrie als Schleifmittel eingesetzt. Heute wird es in der Präzisionsbearbeitung eingesetzt und reicht von der Herstellung kugelsicherer Westen über das Schneiden von Glas für Fensterersatzprojekte bis hin zu Raketentriebwerken. Aufgrund seiner Härte, Zähigkeit und seines niedrigen Reibungskoeffizienten ist es ein ausgezeichnetes Material für Schleif- und Schneidarbeiten.

Siliciumcarbid zeichnet sich durch seine überragende Festigkeit bei hohen Temperaturen, chemische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit aus - Eigenschaften, die es für Ofenkomponenten und Wärmedämmschichten geeignet machen. Aufgrund seiner geringen thermischen Ausdehnung und hohen Wärmeleitfähigkeit kann es außerdem Wärmeschocks besser bewältigen als das konkurrierende Material Wolframcarbid; außerdem eignet sich Siliciumcarbid aufgrund seiner Bandlücke für Hochspannungs-Halbleitergeräte.

Graphen

Forscher der Bundesuniversität Uberlandia (UFU) haben eine wirksame Methode entwickelt, um die Konzentration und den Fluss elektrischer Ladungen in Graphenschichten auf Siliziumkarbidsubstraten zu manipulieren. In ihrer Studie, die in der Zeitschrift Physica E veröffentlicht wurde, wurde nachgewiesen, dass das Hinzufügen metallischer Monoschichten an der Graphen/Oxid-Grenzfläche sowohl positive (Löcher) als auch negative Ladungsträger (Elektronen) modulieren kann.

Im Rahmen dieser Studie wurde hochwertiges Graphen auf der polaren Seite von SiC durch einschränkungsgesteuerte Sublimation hergestellt. Das daraus resultierende Material hat hervorragende elektrische Eigenschaften und eignet sich damit für elektronische Anwendungen der nächsten Generation.

Graphen verfügt über einzigartige physikalische Eigenschaften, wie seine große Oberfläche, sein geringes Gewicht und seine Transparenz. Leider schränken seine Agglomeration und inhomogene Verteilung seine Anwendung als Verstärkungsfüllstoff in Polymerverbundwerkstoffen ein. Die chemische Funktionalisierung bietet eine Möglichkeit, diese Einschränkungen zu umgehen und die Verwendung von Graphen in Polymermatrixanwendungen zu erweitern.