Das Siliziumkarbid-Material

Siliziumkarbid ist ein wichtiger Rohstoff in der modernen Industrie. Es gibt Anwendungen, einschließlich fortschrittlicher SiC-Keramik, Schleifmittel, Rutschfestigkeit, Halbleiter usw. Mal sehen, wie es entwickelt wird.

Der Atomrang NO. von Kohlenstoff und Silizium sind 6 und 14. Sie befinden sich jeweils in der zweiten und dritten Periode der Elemente der Kohlenstoffgruppe im Periodensystem. Diese Positionsbeziehung bedeutet, dass sie in mancher Hinsicht ähnliche Eigenschaften haben.

Kohlenstoff ist in unserem Leben allgegenwärtig und kohlenstoffhaltige Verbindungen sind die materielle Grundlage des Lebens. Silizium ist auch in der Erdkruste reichlich vorhanden, insbesondere seine Anwendung in Halbleitern und moderner Kommunikation, die die Entwicklung der menschlichen Zivilisation gefördert hat.

In der Welt der Chemie sind Kohlenstoff und Silizium wie Brüder derselben Familie. Sie haben Milliarden von Jahren auf der Erde koexistiert, aber keine starke Freundschaft auf Leben und Tod geschlossen. Siliziumkarbiderz ist in der Natur sehr selten.

1824 beobachtete der schwedische Wissenschaftler Jons Jakob Berzelius die Existenz von Siliziumkarbid (SiC) bei der Synthese von Diamant, was den Auftakt zur menschlichen Forschung an Siliziumkarbid-Materialien eröffnete. Bis 1891 erhielt der Amerikaner EG Acheson versehentlich Siliziumkarbid, als er Experimente mit geschmolzenem Diamant durchführte. Damals dachten Wissenschaftler, dass das Material eine Mischung aus Diamanten sei. Also nannten sie Siliziumkarbid Schmirgel.

1893 entwickelte Acheson ein Verfahren zum industriellen Schmelzen von Siliziumkarbid, das oft als Acheson-Ofen bezeichnet wird und heute verwendet wird. Dieses Verfahren ist dasselbe wie der Widerstandsofen mit kohlenstoffhaltigem Material als Kernkörper, und die Mischung aus Quarz, SiO2 und Kohlenstoff wird durch Elektrizität erhitzt, um Siliziumkarbid zu erzeugen.

Die Elemente C und Si haben sich zusammengetan, um Siliziumkarbid zu einem Werkstoff mit vielen hervorragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften zu machen:

überlegene chemische Trägheit

hohe Härte

hohe Festigkeit

niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient

hohe Wärmeleitfähigkeit

Art Halbleiter

Reines Siliziumkarbid ist eine Art transparenter Kristall. Industrielles Siliziumkarbid ist je nach Art und Gehalt der Verunreinigungen blassgelb, grün, blau oder sogar schwarz. Inzwischen variiert die Transparenz mit seiner Reinheit. Die Kristallstruktur von Siliziumkarbid wird in hexagonales oder rhomboedrisches α-SiC und kubisches β-SiC (kubisches Siliziumkarbid) unterteilt. Das α-SiC bildet aufgrund der unterschiedlichen Stapelstrukturen von C und Si viele verschiedene Varianten. Es gibt mehr als 70 Arten von SiC.

Die übliche Anwendung von Siliziumkarbid-Material ist Siliziumkarbid-Keramik. Es hat die Eigenschaften hoher Härte, hoher Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit. Heute hat sich die Anwendung von Siliziumkarbid von den frühesten Schleifmitteln auf viele Bereiche wie Lager, Halbleiter, Luft- und Raumfahrt und Chemie entwickelt. Aufgrund der hohen Kontaktfläche zwischen Chemikalien und der Innenwand des Mikrokanals stellt der Mikroreaktor sehr strenge Anforderungen an das Material der Innenwand. Auch Mikrokanalreaktoren sind zu einer wichtigen Anwendung von Siliziumkarbid geworden.