Kiselkarbid

Kiselkarbid, mer känt under akronymen SiC, är ett extremt hårt syntetiskt material som konkurrerar med diamant i hårdhet. SiC används i produkter som sandpapper, slipskivor, skärverktyg och eldfasta beläggningar för industriugnar; dessutom fungerar det som en halvledare med elektrisk ledningsförmåga som kan modifieras med föroreningar som tillförs genom tillsatser.

Keramik har många värdefulla egenskaper, bland annat hög temperaturhållfasthet, låg värmeutvidgning och motståndskraft mot kemiska angrepp. Tillverkningen kan ske antingen genom Acheson-processen eller genom kemisk ångdeponering.

Det är en halvledare

Kiselkarbid är ett avancerat material som består av kisel och kol. Kiselkarbid, som ursprungligen upptäcktes av den amerikanske uppfinnaren Edward Acheson 1891 som mineralet moissanite, har hög värmeledningsförmåga och halvledningsförmåga och kan sintras till mycket hårda keramer; dessutom uppvisar det utmärkt korrosionsbeständighet, värmetolerans och temperaturtolerans - och når temperaturer upp till 1400 grader Celsius! Som en av de viktigaste industrikeramerna har den en utbredd användning i t.ex. slipmedel, ståltillsatser och utrustning för halvledarprocesser.

Siliciumkarbidens breda bandgap gör att den kan fungera som ett halvledarmaterial. Genom dopning med föroreningar som aluminium, bor eller gallium kan halvledare av P-typ eller N-typ tillverkas. Kväve- eller fosforföroreningar kan också tillsättas för mer N-typsproduktion.

Ökad efterfrågan på industriell automation bör leda till en ökad användning av halvledarkomponenter av kiselkarbid. De erbjuder högre effekttäthet och kopplingseffektivitet, vilket bidrar till att sänka energikostnaderna. De arbetar vid lägre temperaturer med större tillförlitlighet jämfört med konventionella halvledare - men rätt dimensionering är avgörande för att säkerställa att enheten uppfyller prestandaspecifikationerna; metoder på systemnivå bör användas när man överväger avvägningar mellan kylningskrav och effekttäthet.

Det är ett hårt material

Kiselkarbid är ett extremt hårt och icke-metalliskt material som används i industriell tillverkning som både slipmedel och eldfast material. Dessutom innehåller keramik och andra högpresterande material ofta denna icke-metalliska komponent för användning när höga temperaturer uppnås och nötning uppstår. Kiselkarbid har en exceptionell värmeledningsförmåga med enastående värmeledningsförmåga och är dessutom mycket slitstarkt för att klara höga temperaturer och slitage. Kiselkarbid har också blivit toxikologiskt säkert och kan användas för 3D-utskrifter, ballistikproduktion, kemisk produktion, pappersproduktion, rörsystemkomponenter, rörsystemkomponenter och 3D-utskrifter - och är ett av de hårdaste och lättaste keramiska materialen som finns - vilket ger hållbarhet och motståndskraft mot slitage, nötning och erosion.

Kiselkarbid kan ha flera olika polymorfa kristallstrukturer, t.ex. kubisk, hexadecimal och rhomboedrisk form, beroende på hur kiselelementen är placerade i matrisen. Dopning med kväve, fosfor eller aluminium kan förändra dess elektrotermiska egenskaper. På EAG Laboratories har vi lång erfarenhet av att analysera kiselkarbid med hjälp av både bulkanalystekniker och spatialt upplösta tekniker.

Moderna metoder för tillverkning av kiselkarbid för användning i slipmedel och eldfasta material innebär att man blandar kiselsand med finmald koks i en elektrisk motståndsugn, innan man slår på elektrisk ström som orsakar en kemisk reaktion som producerar SiC och kolmonoxidgas, innan man krossar till pulverform för lagring i behållare eller påsar för framtida användning. När den är färdig kan industriprodukten variera i färg från svartbrun med regnbågsliknande lyster på grund av föroreningar.

Det är en keramisk

Kiselkarbid (SiC) är ett avancerat keramiskt material som består av kisel och kol. SiC förekommer naturligt som mineralet moissanit och har massproducerats sedan 1893 i pulver- eller kristallform för användning som slipmedel. Sintring binder samman korn av SiC till mycket hårda keramer som är lämpliga för applikationer som kräver hög värmeuthållighet, t.ex. bilbromsar eller skottsäkra västar; används också i elektroniska enheter som arbetar vid högre temperaturer eller spänningar (de första lysdioderna tillverkades med SiC; Henry Joseph Round demonstrerade denna förmåga genom att applicera spänning direkt på en enda moissanitkristall 1907!) SiC har också använts som komponenter i elektroniska apparater som arbetar vid högre temperaturer eller spänningar än tidigare - t.ex. genom att producera olika färger genom att applicera spänning direkt på en enda moissanitkristall 1907.

SiC är ett idealiskt material för tribologiska applikationer som glidringar, mekaniska tätningar och lager på grund av dess mycket låga expansionshastighet och motståndskraft mot de flesta kemikalier, inklusive fosfor-, svavel- och salpetersyror. Dessutom uppvisar SiC överlägsen korrosionsbeständighet samtidigt som det förblir starkt vid högre temperaturer.

Kiselkarbid (SiC) är ett halvledarmaterial och kan göras elektriskt ledande genom kontrollerad tillsats av dopämnen. Dopning kan omvandla SiC till halvledare av P-typ och N-typ genom dopning med aluminium, gallium respektive bor eller kväve respektive fosfor; dessutom är det en idealisk kandidat för att producera grafen med Wolfspeed Triboelectric Generator som använder SiC för att omvandla elektrisk kraft till rörelseenergi.

Det är en metall

Kiselkarbid är en extremt hård och spröd förening av kol och kisel. Som halvledarmaterial leder det elektricitet över ett stort temperaturområde - vilket gör det lämpligt för elektronik och höghastighetsapplikationer.

SiC produceras genom en kemisk reaktion mellan kiseldioxid och kol i en ugn, där denna process ofta modifieras med olika dopningskällor för att producera olika typer av SiC med olika egenskaper som färg, kristallstruktur och elektrisk ledningsförmåga.

Kiselkarbid, ett av de hårdaste vanliga slipmedlen, har blivit mycket använt på grund av sin överlägsna hållbarhet. Materialet har en hårdhet som kan jämföras med diamant och är mycket slitstarkt samtidigt som det är mycket hårt. Kiselkarbid används ofta inom lapidariet och kan snabbt skära glas, sten, marmor med mera utan större ansträngning eller påfrestning - en extra fördel inom lapidariet. Dessutom spelar kiselkarbid en central roll i olika abrasiva bearbetningsprocesser, t.ex. slipning, vattenskärning och sandblästring.

Tack vare sin kombination av låg termisk expansionskoefficient, styvhet och hårdhet är kiselkarbid ett idealiskt material för teleskopspeglar i astronomiska teleskop som Herschel Space Telescope och Gaia Space Observatory. På grund av sin förmåga att motstå såväl stark strålning som vakuum används kiselkarbid också i stor utsträckning för tillverkning av flyg- och försvarsutrustning.