Карбид кремния
-
История и открытие
- Карбид кремния (SiC) был открыт в 1893 году Фердинандом Анри Муассаном.
- Муассан назвал его в честь себя в 1905 году.
- Природный муассанит встречается редко, почти весь карбид кремния синтетический.
-
Производство и применение
- Карбид кремния используется в качестве абразива, полупроводника и имитатора алмазов.
- Производство включает смешивание кварцевого песка и углерода при высоких температурах.
- Чистый карбид кремния получают с помощью процесса Lely или CVD.
-
Структура и свойства
- Карбид кремния существует в 250 кристаллических формах, включая альфа- и бета-полиморфы.
- Чистый SiC бесцветен, коричневый или черный цвет обусловлен примесями.
- Высокая температура сублимации делает его пригодным для подшипников и деталей печей.
-
Электронная проводимость
- Карбид кремния является полупроводником, легируемым азотом, фосфором, бериллием, бором, алюминием или галлием.
- Металлическая проводимость достигается легированием бором, алюминием или азотом.
- Сверхпроводимость обнаружена у 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B и 6H-SiC:B при температурах ~1,5 К.
-
Сверхпроводящие свойства карбида кремния
- Сверхпроводящие свойства зависят от легирующей примеси (B) больше, чем от политипа (3C- против 6H-).
- B заменяет позиции C в SiC, а Al — позиции Si, что приводит к разным средам в политипах.
-
Применение в абразивных и режущих инструментах
- Карбид кремния используется в абразивных инструментах благодаря долговечности и низкой стоимости.
- Применяется в процессах шлифования, хонингования, гидроабразивной резки и пескоструйной обработки.
- Частицы карбида кремния наносятся на бумагу для создания наждачной бумаги и липкой ленты.
-
Конструкционный материал
- В 1980-х и 1990-х годах изучался для высокотемпературных газовых турбин, но не получил массового производства из-за низкой ударопрочности.
- Используется в композитной броне и керамических пластинах в бронежилетах.
- В Dragon Skin использовались диски из карбида кремния для повышения трещиностойкости.
-
Применение в электротехнике
- Используется в молниеотводах для защиты от перенапряжений.
- Применяется в тиглях для выдержки плавящегося металла.
- Используется в качестве подложки и стеллажного материала в высокотемпературных печах.
-
Применение в автомобильной промышленности
- Используется в тормозных дисках для спортивных автомобилей и суперкаров.
- Применяется в дизельных сажевых фильтрах и как присадка к маслу.
-
Применение в полупроводниковой электронике
- Карбид кремния стал первым коммерчески важным полупроводниковым материалом.
- Используется в диодах Шоттки, полевых транзисторах и МОП-транзисторах.
- Проблемы с качеством кристаллов и взаимодействием с диоксидом кремния препятствовали коммерциализации.
-
Применение в светодиодах
- Первые коммерческие светодиоды были основаны на карбиде кремния.
- Производство карбидных светодиодов прекратилось из-за низкой эффективности по сравнению с нитридом галлия.
- SiC остается важным компонентом светодиодов, используется как подложка и рассеиватель тепла.
-
Применение в астрономии
- Низкий коэффициент теплового расширения, высокая твердость и теплопроводность делают карбид кремния подходящим зеркальным материалом для астрономических телескопов.
-
Технология выращивания карбида кремния
- Расширена для получения дисков диаметром до 3,5 м
- Используется в оптике телескопов и космических аппаратов
-
Пирометрия с использованием тонких нитей накала
- Волокна из карбида кремния измеряют температуру газа
- Нити диаметром 15 микрометров, не мешают пламени
-
Нагревательные элементы
- Используются с начала 20-го века
- Применяются в выплавке стекла, термообработке металлов и других процессах
-
Теплозащитный экран
- Внешний слой тепловой защиты НАСА LOFTID из карбида кремния
-
Ядерные приложения
- Используется в ядерных реакторах и для защиты от ядерных отходов
- Применяется в производстве детекторов излучения и электроники
-
Частицы ядерного топлива и оболочка
- Важен для топливных частиц с трехслойным покрытием
- Композитный материал из карбида кремния исследован для замены циркониевой оболочки
-
Ювелирные украшения
- Карбид кремния используется как синтетический муассанит
- Обладает твердостью, прозрачностью и термостойкостью
-
Производство стали
- Карбид кремния используется как топливо в кислородной печи
- Позволяет получать более чистую сталь и снижать выбросы
-
Поддержка катализатора
- Используется как гетерогенная подложка для катализаторов
- Применяется для окисления углеводородов
-
Гравюра на карборунде
- Используется в технике коллажной печати и литографии по камню
-
Производство графена
- Карбид кремния способствует образованию графена
- Методы выращивания включают сублимацию и термическое разложение
-
Квантовая физика
- Карбид кремния содержит центры окраски, генерирующие одиночные фотоны
- Используется в квантовой информатике
-
Конфигурации 4H-SiC
- В 4H-SiC дивакансия имеет четыре различные конфигурации
- Эти конфигурации соответствуют четырем линиям с нулевыми фононами (ZPL)
- Значения ZPL записываются с использованием обозначения VSi-VC и единицы измерения eV
-
Направляющие для удочек
- Карбид кремния используется для изготовления рыболовных направляющих
- Кольца из карбида кремния вставлены в направляющую раму из нержавеющей стали или титана
- Кольца обеспечивают поверхность с низким коэффициентом трения и достаточную твердость
-
Глазурь для керамики
- Карбид кремния используется в качестве исходного ингредиента в глазурях для керамики
- При высоких температурах карбид кремния восстанавливает оксиды металлов, образуя диоксид кремния и углекислый газ
- Это может использоваться для вспенивания глазури и образования воронок или для уменьшения содержания оксидов красителей
-
Смотрите также
- Универсальный карборунд
- Глобар
- Реакционно-связанный карбид кремния
- Рекомендации
- Внешние ссылки