Карбид кремния (SiC) - это синтетически полученное, исключительно твердое кристаллическое соединение кремния и углерода. Его относят к технической керамике благодаря высокой износостойкости, механическим и термическим свойствам.
Кристаллическая структура и типы:
Карбид кремния существует в нескольких различных формах, известных как политипы, с двумя основными формами - α-SiC и β-SiC. β-SiC имеет кубическую кристаллическую систему, где кремний (Si) и углерод (C) образуют гранецентрированную кубическую решетку. С другой стороны, α-SiC имеет более 100 политипов, включая 4H, 15R и 6H, причем 6H является наиболее распространенным в промышленных применениях. Переход между этими формами зависит от температуры: β-SiC стабилен при температуре ниже 1600 °C и превращается в α-SiC при более высоких температурах.Методы производства:
- Промышленное производство карбида кремния включает в себя несколько методов:
- Метод Ачесона (традиционное карботермическое восстановление): Этот метод предполагает нагревание смеси высокочистого кварцевого песка или дробленой кварцевой руды с нефтяным коксом, графитом или мелким порошком антрацита до температуры более 2000°C с использованием графитового электрода. В результате синтезируется порошок α-SiC.
- Низкотемпературное карботермическое восстановление диоксида кремния: Этот метод, аналогичный методу Ачесона, предполагает более низкую температуру синтеза (от 1500 до 1800°C) для получения порошка β-SiC более высокой чистоты.
Прямая реакция кремний-углерод: В этом методе порошок металлического кремния напрямую реагирует с порошком углерода при температуре 1000-1400°C для получения порошка β-SiC высокой чистоты.
- Области применения:
- Карбид кремния широко используется в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам:Полупроводниковая промышленность:
- SiC используется в шлифовальных кругах, приспособлениях и в качестве полупроводникового материала благодаря высокой твердости, низкому износу и схожему с кремниевыми пластинами коэффициенту теплового расширения. Благодаря своим свойствам он подходит для высокоскоростной шлифовки и полировки.Нагревательные элементы:
SiC используется в нагревательных элементах для промышленных печей благодаря своей высокотемпературной прочности и устойчивости к тепловым ударам.Применение в керамике:
Как керамический материал, SiC обладает высокой электропроводностью по сравнению с другими керамиками, что делает его пригодным для элементов, изготовленных методом прессования или экструзии с последующим спеканием.
