Что такое карбид кремния?
Карбид кремния (SiC) состоит из кремния (Si) и углерода (C). Он не встречается в природе на Земле, а встречается в метеоритах. Благодаря своей высокой твердости и износостойкости он широко используется в абразивах и огнеупорных материалах. Хотя чистый карбид кремния бесцветен и прозрачен, при промышленном использовании он обычно черный.
Высокочистый карбид кремния особенно набирает популярность как превосходный материал для силовых полупроводников, нацеленный на то, чтобы превзойти традиционные кремниевые полупроводники.
Применение карбида кремния
Характеризующийся высокой твердостью, износостойкостью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью, карбид кремния идеально подходит для использования в механических уплотнениях, валах и других скользящих деталях. Он также используется в производстве деталей классификаторов и дробилок, а также в термостойких компонентах, таких как высокотемпературное испытательное оборудование и тигли для плавки металлов.
Кроме того, силовые полупроводники SiC используются в гибридных электромобилях (HEV).
Свойства карбида кремния
Карбид кремния нерастворим в воде, сублимируется при 2545°C и термически разлагается при температурах выше 2800°C. Он имеет значение 9,5 по шкале твердости Мооса, что делает его вторым после алмаза и карбида бора. Его большой показатель преломления 2,65 позволяет крупным кристаллам иметь зеркальную отражательную способность.
Хотя чистый карбид кремния прозрачен, промышленные варианты имеют зеленый или черный цвет, причем цвет выцветает по мере увеличения чистоты. Примеси, такие как алюминий и азот в кристаллической решетке, объясняют его окраску. Зеленый карбид кремния, из-за его более высокого электрического сопротивления, часто используется в нагревательных элементах.
Поскольку атомы кремния больше атомов углерода, межатомное расстояние в SiC больше, чем в углероде, что приводит к более низкой теплопроводности и повышенной мягкости.
Структура карбида кремния
Кремний и углерод в карбиде кремния ковалентно связаны, но проявляют ионные характеристики из-за их различной электроотрицательности, стабилизируясь как соединение 1:1. Его молярная масса составляет 40,097 г/моль, с плотностью 3,22 г/см3.
Атомы тетраэдрически расположены друг вокруг друга, с более чем 200 разновидностями на основе паттерна повторения структуры слоев. В первую очередь, существует два типа: альфа (гексагональный) и бета (кубический).
Порошок карбида кремния α-типа можно получить путем нагревания кокса и кварцевого камня выше 2100 °C в электрической печи, в то время как β-тип получают путем нагревания технического углерода и кремния до 1800 °C в атмосфере аргона.
Другая информация о карбиде кремния
1. История карбида кремния
В 1891 году Эдвард Гудрич Ачесон в США синтезировал карбид кремния путем нагревания смеси кокса и глины с помощью угольной дуговой лампы, что привело к созданию компании Carborundum Abrasives Co. и промышленному производству того, что иногда называют карборундом.
В 1905 году Фердинанд Фредерик Анри Муассан обнаружил карбид кремния в метеорите в Аризоне, где в минералогии его также называют муассанитом.
2. Реакции карбида кремния
Химически инертный карбид кремния нерастворим в воде, кислотах и щелочах, не реагирует с царской водкой или концентрированной азотной кислотой. Он остается нереактивным по отношению к N2, H2 или CO, но окисляется при температурах выше 800°C на воздухе, образуя защитный слой SiO2, который замедляет дальнейшее окисление. Он реагирует с Cl2 при температуре выше 800°C, образуя C и SiCl4.