Kiselkarbid är det hårdaste kända naturliga ämnet och har hög värmeledningsförmåga och låg expansion, förutom att det är kemiskt motståndskraftigt mot syror.
Kommersiellt produceras SiC genom att värma kiselsand med petroleumkoks eller antracitkol vid höga temperaturer i en elektrisk ugn till önskat förhållande, följt av kemisk ångdeposition eller kemiska reduktionsprocesser.
Abrasiva tillämpningar
Kiselkarbid är ett halvledarmaterial med brett bandgap som har många användningsområden, både när det gäller tillverkning av elektroniska apparater som kräver höga temperaturer eller spänningar och som slipmedel. Dessutom utgör kiselkarbid en integrerad komponent i keramiska fibrer som används för bland annat isolering och elektriska transmissionsledningar.
Siliciumkarbid (SiC) är inte lika hårt eller kostsamt som diamant, kubisk bornitrid eller volframkarbid, men är ändå ett idealiskt material för slipning och kapning tack vare sin relativt låga kostnad och höga seghet. SiC används ofta i slipskivor, skärverktyg och sandpapper där dess höga skärhastighet skiljer det från liknande material som aluminiumoxid eller fältspat.
På grund av sin hållbarhet används kiselkarbidpulver i stor utsträckning i modern lapidary. Dessutom gör dess användning som ett slipande blästermedel i gruv-, bygg-, svets-, rörgjuteri-, gjuteri-, gjuteri- och metallurgiindustrier svart kiselkarbidpulver till en viktig del av den moderna industrins blästermedelsarsenal. Svart kiselkarbidpulver används också som ett industriellt polerings- och ytbehandlingsmedel på keramik-, glas- och metallytor.
Silikakarbid används också i stor utsträckning vid tillverkning av fiberoptiska skarvar, där dess motståndskraft mot värme och stötar bidrar till att säkerställa tillförlitlig och jämn prestanda. Dessutom har kiselkarbid nyligen utforskats som ett energibesparande ersättningsbränsle i elfordon; det sparar både energi och utsläpp. Tyvärr kan arbetstagare som använder produkter som innehåller kiselkarbid för tillverkning eller användning av slipmedel drabbas av luftvägssjukdomar, inklusive diffus interstitiell fibros och lungcancer.
Tillämpningar för höga temperaturer
Kiselkarbid är ett idealiskt materialval för högtemperaturapplikationer som kräver överlägsna mekaniska, termiska och elektriska egenskaper. Detta slitstarka material motstår oxidation eller andra kemiska reaktioner som kan äventyra dess funktionalitet eller säkerhet, vilket gör det särskilt lämpligt för abrasiva och halvledarproduktionsprocesser i tuffa driftsmiljöer där kiselkarbidproduktion har blivit en standard för att förbättra prestanda och förlänga utrustningens livslängd.
Acheson utvecklade först den reaktionsbundna processen för tillverkning av SiC år 1891. Upphettade blandningar av kiselsand och koks värms upp i en elektrisk ugn utrustad med en kolledarelektrod och reagerar till kiselkarbid och kolmonoxidgas; därifrån kan göt malas och fräsas för att bilda specifika former för applikationer.
SiC:s kristallina struktur beror på både renhet och bildningsmetod; alfa-SiC (a-SiC), med sin hexagonala kristallstruktur som liknar Wurtzite, är den mest förekommande polymorfen, medan beta-SiC (b-SiC) med sin kubiska zinkblendekristallstruktur är mindre vanlig; båda formerna används för slipning och eldfasta applikationer - där a-SiC-polytypen ofta föredras på grund av dess överlägsna prestanda vid höga temperaturer; dess hårdhet på 32GPa placerar det bland de hårdaste material som är kända.
Halvledartillämpningar
Kiselkarbid (känt under sitt kemiska namn carborundum; delas även med ädelstenen moissanite) är en oorganisk kemisk förening som består av kisel och kol och som sedan slutet av 1800-talet har massproducerats i pulverform för användning som slipmedel i sandpapper, slipskivor och skärverktyg. Eldfasta foder för industriugnar; skottsäkra västkeramiska plattor; slitstarka delar av pumpar och raketmotorer; elektroniska applikationer inklusive ljusemitterande diodunderlag är bland dess olika användningsområden; många fler användningsområden finns för elektroniska applikationer än bara som slipmedel.
Kiselkarbid (SiC) är ett mycket lovande material för kraftelektroniktillämpningar tack vare dess halvledaregenskaper med brett bandgap och lägre ON-motstånd per ytenhet än kiseltransistorer. Kiselkarbid kan möjliggöra betydligt högre spänningstolerans än vad som kan uppnås med enbart traditionella kiseltransistorer.
Tillverkare producerar kiselkarbidskivor genom olika processer, beroende på deras tillämpning. Enkristaller kan bildas genom reaktionsbunden tillväxt vid höga temperaturer med hjälp av en mjukgörarlösning med kisel- och kolpulver som kombineras för att bilda grön SiC, innan de bränns vid höga temperaturer. Eller så kan man använda kemisk ångdeposition där gaser som kommer in i ett vakuum avsätter lager av material på substrat för kemisk depositionstillväxt.
Precision är avgörande när man tillverkar kristaller för högspänningsenheter som krafthalvledare; wafers måste sedan skäras i olika former och storlekar beroende på specifika applikationer.
Tillämpningar inom kraftelektronik
Kiselkarbid har snabbt seglat upp som ett ledande material inom kraftelektronik. Detta banbrytande material har många fördelar jämfört med traditionella halvledare som kisel (Si), t.ex. högre tolerans för elektriska fält vid genombrott och lägre effektförluster på grund av bredare bandgap; bland dess viktigaste tillämpningar finns Schottky-barriärdioder och fälteffekttransistorer (FET/MOSFET).
Kiselkarbidkomponenter med brett bandgap erbjuder överlägsna prestanda jämfört med befintliga Si-komponenter i kraftsystem och elektriska motorstyrningsapplikationer utan betydande prestandaförsämring. SiC-enheter kan öka strömtätheten och därmed minska effektförlusten per enhet med en storleksordning jämfört med traditionella Si-enheter samtidigt som de arbetar vid betydligt högre temperaturer och frekvenser för att förbättra tillförlitligheten och effektiviteten.
EAG Laboratories har en djupgående kunskap om SiC:s elektrotermiska egenskaper. Våra bulktekniker, som massspektrometri med glödurladdning och röntgenfluorescensspektrometri, kan utföra noggranna elementanalyser på olika prover, medan våra instrument med rumslig upplösning, som massspektrometri med laserablation och induktivt kopplad plasma samt energidispersiv spektroskopi med svepelektronmikroskopi, kan verifiera koncentrationen och fördelningen av föroreningar i proverna.
På SiC Analysis Centers har vi den expertis som krävs för att analysera alla SiC-baserade kraftsystemkomponenter, från enkla till komplexa. Från dioder, FET:ar och MOSFET-transistorer erbjuder vi noggranna analyser med hjälp av den senaste utrustningen som finns tillgänglig på våra anläggningar.
Swedish 
English