Användningar av kiselkarbid

Kiselkarbid (SiC) är en oorganisk kemisk förening som består av kisel- och kolatomer, som finns naturligt i moissanit men som sedan 1893 massproduceras som pulver eller kristall för användning som slipmedel.

Det är också möjligt att dopa kisel med kväve eller fosfor för att bilda en halvledare av n-typ och beryllium, bor eller aluminium för att bilda en av p-typ, vilket ger mer kontroll över dess egenskaper och motståndskraft mot syror och lut.

Slipande

Kiselkarbid, ett extremt hårt och värmebeständigt keramiskt material som inte är en oxid, har många användningsområden inom industrin. Slipskivor, kapskivor och andra slipande material innehåller ofta kiselkarbid. Dessutom har kiselkarbid visat sig vara ovärderligt som deoxideringsmedel vid ståltillverkning för att öka metallens renhet och samtidigt påskynda produktionen; keramiska filmer, pyrometrar med glödtråd och strukturella material innehåller också ofta kiselkarbid som ingrediens. Dessutom kan kiselkarbid till och med fungera som ett element i solceller eller piezoelektrisk kristallproduktion!

Kiselkarbidens hårdhet gör den till ett fantastiskt material för slipblästring, eftersom dess skrubbande yta effektivt och utan att skada originalmaterialen. Denna egenskap gör kiselkarbid särskilt användbart inom fordonsindustrin där slipning och slipning används för att släta ut metalldelar, eller forma och polera sten, marmor, trä eller etsa glasytor; mer grovkorniga varianter kan också användas som beläggning och ytbehandling av trämöbler.

Kiselkarbidgrit kan modifieras med olika material för att göra det mer lämpligt för specifika användningsområden, inklusive förbättrad vidhäftning eller kontroll av dammproduktion. När produkten har behandlats kan den säljas till ytbehandlingsindustrin för användning vid sandblästring och andra uppgifter, inklusive moissanite. I sällsynta fall kan alfakiselkarbid (med sin Wurtzite-kristallstruktur) till och med tillsättas i stål för att öka slitstyrkan och påskynda deoxideringsprocesser snabbare.

Elektroceramik

Kiselkarbid används ofta i elektrokeramiska applikationer tack vare sin unika kombination av högtemperaturbeständighet och spänningsegenskaper. Materialet klarar temperaturer på upp till 1600 grader med minimal termisk expansion, vilket gör det till ett perfekt material för applikationer som kräver höga spänningar. Dessutom kan kiselkarbid också dopas med föroreningar som aluminium eller bor för att skapa halvledare av p-typ eller n-typ genom att injicera dopningsmedel som dessa i dess kristallstruktur - vilket ändrar dess ledningsförmåga och ändrar ledningsförmågan i enlighet därmed.

SiC används i stor utsträckning i keramiska applikationer. Dess hårdhet gör det till ett utmärkt slipmaterial, medan dess värme- och korrosionsbeständighet är idealisk för eldfasta material och elektroniska enheter som kräver värmebeständighet och korrosionsbeständighet. Dessutom har SiC låg termisk expansion samtidigt som det har utmärkt elektrisk ledningsförmåga - egenskaper som har gjort att SiC har stått i centrum för många innovationer under de senaste åren.

Kiselkarbidkeramik används i stor utsträckning i skottsäkert pansar på grund av sin extrema hårdhet. Skottsäkra västplattor består av keramiska block tillverkade av kiselkarbid som är tillräckligt härdade för att stoppa kulor.

Karborundum, ett jordartsmineral som består av kisel och kol, kan brytas direkt från naturen eller massproduceras för industriellt bruk i pulver- eller kristallform. Som ett av de hårdaste kända materialen - till och med hårdare än diamant - kan det brytas direkt eller massproduceras för massanvändning i pulver- och kristallform för olika industriella ändamål. Karborundum utmärker sig genom att det både kan utvinnas ur naturen och massproduceras i pulverform för användning som bromsbelägg av industriell kvalitet eller till och med som kompositplattor till skottsäkra västar som tillverkas av dess komponenter. Karborundum används bland annat för att smälta samman till hårda, sega keramiska bromsbelägg på bilar eller för att binda samman olika material till kompositplattor som är starkare än metaller - kompositplattor som är starkare än metallerna själva!

Elektronik

Kiselkarbid, ett av de lättaste och hårdaste keramiska material som finns, står sig väl mot korrosion, nötning och erosion samtidigt som det motstår syror och lut. Därför används detta tuffa material i brännare för elektriska ugnar, mufflar, tegelstenar för möbelugnar och eldfasta block samt som långtidsslipmedel.

Superbreda bandgap (tre gånger bredare än vanliga kiselhalvledare) gör att den kan leda mycket högre strömmar vid högre temperaturer än konventionella kiselkomponenter, vilket gör den till en ovärderlig komponent i krafthalvledare - enheter som används för att bearbeta, omvandla och styra elektrisk energi i industriella system.

Krafthalvledare måste klara högspänningsapplikationer samtidigt som de arbetar under utmanande förhållanden som extrema temperaturer, höga driftsfrekvenser och små dimensioner. Kiselkarbidbaserade krafthalvledare kan bli lösningen i applikationer som växelriktare för fordon med ny energi och smarta elnät som tidigare krävde konventionella kiselbaserade halvledare.

Kiselkarbidens unika egenskaper härrör från dess starka, stabila tetraedriska kovalenta bindningar i dess kristallstruktur. Dessa bindningar länkar Si- och C-atomer med elektronpar som delar orbitaler inom dess sp3-hybridregion för isotropiska egenskaper i alla riktningar; dessutom har den mycket större fältstyrka jämfört med kisellegeringar vilket gör att den kan hantera spänning och ström bättre.

Kärnkraftsreaktorer

Kiselkarbid är ett av de hårdaste kända materialen och har länge använts för högteknologiska applikationer som elektronik sedan 1907 då lysdioder (LED) och detektorer först skapades. Sedan dess har lysdioder och detektorer blivit allmänt förekommande komponenter som används för elektroniska ändamål. Populära användningsområden för kiselkarbid inkluderar honing, slipning och vattenskärning samt modernt lapidarium på grund av dess hållbarhet och kostnadseffektivitet.

På grund av sin låga värmeutvidgning, hårdhet och styvhet är spegelmaterial av kvarts det perfekta valet för användning i astronomiska teleskop. Detta är särskilt relevant när man beaktar Herschel Space Telescopes behov av ett extremt starkt och långlivat spegelmaterial som kan motstå extrema temperaturer och strålningsnivåer.

SiC används i stor utsträckning i kärnkraftsreaktorer tack vare sina utmärkta värme- och oxidationsbeständiga egenskaper. Studier av SiC:s användning har fokuserat på olyckstoleranta bränslekapslingsapplikationer samt strukturella komponenter och slipmaterial som används på styrstavar och strukturer i reaktorer.

Kärnkraftsindustrin utforskar bestrålningshärdade material som är lämpliga för fusionsreaktorer, som kräver ännu bättre neutron- och strålningsegenskaper än fissionsreaktorer. Materialen måste tåla extremt höga temperaturer och nötning som orsakas av kärnfusionsreaktioner som producerar ånga som expanderar med hög hastighet - detta har länge utnyttjats av kiselkarbid eftersom det erbjuder ett lovande alternativ till andra eldfasta metaller och detta forskningsområde vid Oak Ridge National Laboratory fortsätter.