Piikarbidi

Piikarbidi

Kenraali
Chem. kaava	SiC
Fyysiset ominaisuudet
Osavaltio	kiteet, drusut tai kiteiset jauheet läpinäkyvästä valkoisesta, keltaisesta, vihreästä tai tummansinisestä mustaan riippuen puhtaudesta, dispersiosta, allotrooppisista ja polytyyppisistä modifikaatioista.
Moolimassa	40,0962 g/ mol
Tiheys	3,21 g/cm³ [1]
Kovuus	9.5
Ionisaatioenergia	9,3 ± 0,1 eV [2]
Lämpöominaisuudet
Lämpötila
• sulaminen	(hajoaa) 2730 °C
• sublimaatio	4892±1℉ [2]
Höyryn paine	0 ± 1 mmHg [2]
Kemiallisia ominaisuuksia
Liukoisuus
• vedessä	liukenematon
• hapoissa	liukenematon
Optiset ominaisuudet
Taitekerroin	2,55 [3]
Luokitus
Reg. CAS-numero	409-21-2
PubChem	9863
Reg. EINECS-numero	206-991-8
Hymyilee	[C-]#[Si+]
InChI	InChI = 1S/CSi/cl-2HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N
RTECS	VW0450000
CHEBI	29390
ChemSpider	9479
Turvallisuus
NFPA 704	0 yksi 0
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Piikarbidi ( carborundum ) on binaarinen epäorgaaninen kemiallinen piin ja hiilen yhdiste . SiC:n kemiallinen kaava. Luonnossa se esiintyy erittäin harvinaisena mineraalina - moissaniittina . Piikarbidijauhe saatiin vuonna 1893 . Sitä käytetään hioma -aineena , puolijohteena , mikroelektroniikassa (sähköajoneuvojen voimalaitoksissa), korujen timanttia jäljitteleville lisäkkeille .

Avaaminen ja tuotannon aloitus

Despretz (1849), Marsden (1880) ja Colson (1882) raportoivat varhaisista, ei-systeemisistä ja usein tunnistamattomista piikarbidin synteesistä [4] . Laajamittainen tuotanto aloitti Edward Goodrich Acheson vuonna 1893. Hän patentoi menetelmän jauhetun piikarbidin saamiseksi 28. helmikuuta 1893 [5] . Acheson kehitti myös sähköuunin, jossa piikarbidia kehitetään edelleen. Hän perusti The Carborundum Companyn valmistamaan jauhemaista ainetta, jota alun perin käytettiin hioma -aineena [6] .

Historiallisesti piikarbidin ensimmäinen käyttö oli hioma-aineena. Tätä seurasivat sovellukset elektronisissa laitteissa. 1900-luvun alussa piikarbidia käytettiin ilmaisimena ensimmäisissä radiovastaanottimissa [7] . Vuonna 1907 Henry Joseph Round loi ensimmäisen LEDin kohdistamalla jännitettä piikarbidikiteisiin ja tarkkailemalla keltaista, vihreää ja oranssia säteilyä katodilla . O. V. Losev toisti nämä kokeet Neuvostoliitossa vuonna 1923 [8] .

Luonnossa olemisen muodot

Luonnon piikarbidi-moissaniittia löytyy vain mitättömiä määriä joissakin meteoriiteissa sekä korundi- ja kimberliittiesiintymissä . Melkein mikä tahansa maailmassa myyty piikarbidi, myös moissaniittikorujen muodossa, on synteettistä. Ferdinand Henri Moissan , jonka mukaan mineraali nimettiin vuonna 1905 [9] , löysi luonnonmoissaniitin ensimmäisen kerran vuonna 1893 pieninä kuusikulmainen lamellisulkeuma Canyon Diablo meteoriitista Arizonassa . Moissanin tutkimus piikarbidin luonnollisesta alkuperästä oli alun perin kiistanalainen, koska hänen näytteensä saattoi kontaminoitua sahan piikarbidilastuilla (sahat sisälsivät tätä ainetta jo tuolloin) [10] .

Vaikka piikarbidi on harvinainen maapallolla, se on levinnyt laajalti avaruudessa . Sitä löytyy pölypilvistä hiilipitoisten tähtien ympärillä , ja sitä on runsaasti koskemattomissa, muuttumattomissa meteoriiteissa (melkein yksinomaan beetapolymorfisessa muodossa ). Murchisonin hiilipitoisesta kondriittimeteoriitista löydettyjen piikarbidirakeiden analyysi osoitti poikkeavan hiilen ja piin isotooppisuhteen , mikä osoittaa tämän aineen alkuperän aurinkokunnan ulkopuolelta : 99 % piikarbidirakeista muodostui lähelle hiilipitoisia tähtiä. asymptoottinen jättihaara [11] . Piikarbidi voidaan usein havaita tällaisten tähtien ympäriltä niiden IR - spektreissä [12] .

Tuotanto

Moissaniitin harvinaisuuden vuoksi piikarbidi on yleensä keinotekoista alkuperää. Yksinkertaisin valmistusmenetelmä on piidioksidin sintraus hiilen kanssa Acheson-grafiittisähköuunissa korkeassa 1600–2500 °C:n lämpötilassa:

{\mathsf {SiO_{2}+3C\ {\xrightarrow {1600-2500^{o}C))\ SiC+2CO\!\uparrow ))

Acheson - uunissa muodostuneen piikarbidin puhtaus riippuu etäisyydestä lämmityselementin grafiittivastukseen .

Erittäin puhtaat värittömät, vaaleankeltaiset ja vihreät kiteet ovat lähimpänä vastusta. Suuremmalla etäisyydellä vastuksesta väri muuttuu siniseksi tai mustaksi epäpuhtauksien vuoksi. Epäpuhtaudet ovat useimmiten typpeä ja alumiinia, ne vaikuttavat tuloksena olevan materiaalin sähkönjohtavuuteen [13] .

Puhdasta piikarbidia voidaan saada käyttämällä ns. Lely-prosessia [14] , jossa jauhemainen piikarbidi sublimoidaan argonatmosfäärissä 2500 °C: ssa ja kerrostetaan kylmemmälle alustalle hiutaleina yksittäiskiteiden muodossa enintään 2 × 2 cm:n kokoinen Tämä prosessi tuottaa korkealaatuisia yksittäiskiteitä, jotka saadaan nopeasti kuumennettaessa korkeisiin lämpötiloihin ja jotka koostuvat pääasiassa 6H-SiC-faasista. Parannettu Lely-prosessi, johon liittyy induktiokuumennus grafiittiupokkaissa, tuottaa vielä suurempia yksittäiskiteitä, joiden halkaisija on jopa 10 cm [15] . Kuutiopiikarbidia kasvatetaan pääsääntöisesti kalliimman prosessin avulla - kemiallinen höyrypinnoitus [13] [16] .

Puhdasta piikarbidia voidaan saada myös polymetyylisilaanin (SiCH 3 ) n lämpöhajotuksella inertissä kaasukehässä alhaisissa lämpötiloissa. Mitä tulee CVD-prosessiin , pyrolyysimenetelmä on kätevämpi, koska polymeeristä voidaan muodostaa minkä tahansa muotoinen esine ennen paistamista keramiikaksi [17] [18] [19] [20] .

Rakenne ja ominaisuudet

SiC :n tärkeimpien polytyyppien rakenteet
(p)3C-SiC
4H-SiC
(a)6H-SiC

Noin 250 piikarbidin kiteistä muotoa tunnetaan [21] . SiC-polymorfismille on ominaista suuri määrä samanlaisia kiderakenteita, joita kutsutaan polytyypeiksi. Ne ovat saman kemiallisen yhdisteen muunnelmia, jotka ovat identtisiä kahdessa ulottuvuudessa, mutta eroavat kolmannesta. Siten niitä voidaan pitää kerroksina, jotka on pinottu pinoon tietyssä järjestyksessä [22] .

Alfa piikarbidi (α-SiC) on yleisimmin tavattu polymorfi . Tämä modifikaatio muodostuu yli 1700 °C lämpötiloissa ja sillä on kuusikulmainen hila , wurtsiittityyppinen kiderakenne .

Beeta-modifikaatio (β-SiC), jolla on sinkkiseostyyppinen kiderakenne (analoginen timanttirakenteen kanssa), muodostuu alle 1700 °C:n lämpötiloissa [23] . Viime aikoihin asti beeta-muodolla oli suhteellisen vähän kaupallista käyttöä, mutta nyt sen käytön vuoksi heterogeenisina katalyytteinä kiinnostus sitä kohtaan on lisääntymässä. Beeta-muodon kuumentaminen yli 1700°C:n lämpötiloihin voi johtaa kuutioisen beetamuodon asteittaiseen siirtymiseen kuusikulmainen (2Н, 4Н, 6Н, 8Н) ja rombinen (15R) muotoon. [24] Prosessin lämpötilan ja ajan noustessa kaikki tuloksena olevat muodot siirtyvät lopulta kuusikulmaiseen alfapolytyyppiin 6H. [25]

Tärkeimpien piikarbidipolytyyppien ominaisuudet [26] [27]

polytyyppi	3C(β)	4H	6H(α)
Kristallirakenne	Sinkkipala (kuutio)	Kuusikulmainen	Kuusikulmainen
avaruusryhmä	${\mathsf {T_{d}^{2}-F43m))$	${\mathsf {C_{6v}^{4}-P6_{3}mc))$	${\mathsf {C_{6v}^{4}-P6_{3}mc))$
Pearson symboli	${\mathsf {cF8}}$	${\mathsf {hP8}}$	${\mathsf {hP12))$
Hilavakiot (Å)	$4.3596$	$3.0730;10.053$	$3.0810;15.12$
Tiheys (g/cm³)	3.21	3.21	3.21
Kaistaväli (eV)	2.36	3.23	3.05
MOS (GPa)	250	220	220
Lämmönjohtavuus (W/(cm K))	3.6	3.7	4.9

Puhdas piikarbidi on väritöntä. Sen sävyt ruskeasta mustaan liittyvät raudan epäpuhtauksiin . Kiteiden värikäs kiilto johtuu siitä, että joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa niiden pinnalle muodostuu piidioksidikalvo , joka johtaa ulkokerroksen passivoimiseen .

Piikarbidi on erittäin inertti kemiallinen aine: se ei käytännössä ole vuorovaikutuksessa useimpien happojen kanssa, paitsi väkevien fluorivety- (fluorivety-), typpi- ja ortofosforihappojen kanssa . Kestää ulkolämmityksen noin 1500 °C lämpötilaan asti. Piikarbidi ei sula missään tunnetussa paineessa, mutta pystyy sublimoitumaan yli 1700 °C:n lämpötiloissa. Piikarbidin korkea lämmönkestävyys tekee siitä sopivan korkean lämpötilan uunien laakereiden ja laiteosien valmistukseen.

Tämän aineen käyttö puolijohdemateriaalina elektroniikassa on erittäin kiinnostunut, koska korkea lämmönjohtavuus, korkea läpilyöntijännite ja korkea sähkövirrantiheys tekevät siitä lupaavan materiaalin suuritehoisille laitteille [28] , mukaan lukien suuritehoisten laitteiden luominen. LEDit. Piikarbidilla on erittäin alhainen lämpölaajenemiskerroin (4,0⋅10 −6 K) ja melko laajalla käyttölämpötila-alueella siinä ei tapahdu faasisiirtymiä (mukaan lukien toisen asteen faasisiirtymät), jotka voivat aiheuttaa yksittäiskiteiden tuhoutumista [ 13] .

Sähkönjohtavuus

Piikarbidi on puolijohde , jonka johtavuustyyppi riippuu epäpuhtauksista. n -tyypin johtavuus saadaan seostamalla typellä tai fosforilla ja p -tyypin johtavuus alumiinilla , boorilla , galliumilla tai berylliumilla [3] . Metallinen johtavuus saavutettiin lisäämällä voimakkaasti booria , alumiinia ja typpeä .

Suprajohtavuus havaittiin polytyypeissä 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B ja 6H-SiC:B samassa lämpötilassa, 1,5 K [29] .

Fysikaaliset ominaisuudet

Piikarbidi on kova, tulenkestävä aine. Kristalhila on samanlainen kuin timantilla. Onko puolijohde . [kolmekymmentä]

Normaali muodostumisentalpia (298 K, kJ/mol): −66,1 [31]
Standardi Gibbsin muodostumisenergia (298 K, kJ/mol): −63,7 [31]
Muodostumisen standardientropia (298 K, J/mol K): 16,61 [31]
Normaali molaarinen lämpökapasiteetti (298 K, J/mol K): 26,86 [31]
Kidehilan luonne: atomi. Kidehilan energia: 299 kcal/g muodossa [32]

Kemialliset ominaisuudet

Piikarbidi on ainoa binäärinen yhdiste , jonka muodostavat D. I. Mendelejevin alkuaineiden jaksollisen järjestelmän ryhmän IV alkuaineet . Kemiallisen sidoksen tyypin mukaan piikarbidi kuuluu kovalenttisiin kiteisiin. Si- ja C-atomien elektronegatiivisuuden jostain erosta johtuva ionisidoksen osuus ei ylitä 10–12 %. Piin ja hiiliatomien välinen kovalenttinen sidosenergia SiC-kiteissä on lähes kolme kertaa suurempi kuin piikiteissä olevien atomien välinen sidosenergia. Vahvojen kemiallisten sidosten ansiosta piikarbidi erottuu muista materiaaleista korkealla kemikaalien ja säteilyn kestävyydellä, fysikaalisten ominaisuuksien lämpötilakestävyydellä, korkealla mekaanisella lujuudella ja korkealla kovuudellaan. Inertissä ilmakehässä piikarbidi hajoaa vain erittäin korkeissa lämpötiloissa:

{\mathsf {SiC\ {\xrightarrow {2830^{\circ }C))\ Si+C))

Erittäin tulistettu höyry hajottaa piikarbidia:

{\mathsf {SiC+2H_{2}O\ {\xrightarrow {1300^{\circ }C}}\ SiO_{2}+CH_{4}\!\uparrow }}

Väkevät hapot ja niiden seokset liuottavat piikarbidia:

{\mathsf {3SiC+8HNO_{3}\longrightarrow 3SiO_{2}+3CO_{2}\!\uparrow +8NO\!\uparrow +4H_{2}O))

{\mathsf {3SiC+18HF+8HNO_{3}\longrightarrow 3H_{2}[SiF_{6}]+3CO_{2}\!\uparrow +8NO\!\uparrow +10H_{2}O))

Hapen läsnä ollessa alkalit liuottavat piikarbidia:

{\mathsf {SiC+2NaOH+2O_{2}\rightarrow Na_{2}SiO_{3}+CO_{2}\!\uparrow +H_{2}O))

{\mathsf {SiC+4NaOH+2O_{2}\ {\xrightarrow {t>350^{o}C}}\ Na_{2}SiO_{3}+Na_{2}CO_{3}+2H_ {2}O}}

Kuumennettaessa se reagoi hapen kanssa :

{\mathsf {2SiC+3O_{2}\ {\xrightarrow {950-1700^{\circ }C}}\ 2SiO_{2}+2CO\!\uparrow }}

halogeeneilla : _

{\mathsf {SiC+2Cl_{2}\ {\xrightarrow {600-1200^{\circ }C))\ SiCl_{4}+C))

typen kanssa muodostaen piinitridiä :

{\displaystyle {\mathsf {6SiC+7N_{2}\ {\xrightarrow {1000-1400^{\circ }C}}\ 2Si_{3}N_{4}+3C_{2}N_{2))))

aktiivisilla metalleilla:

{\displaystyle {\mathsf {2SiC+5Mg\ {\xrightarrow {700^{\circ }C))\ 2Mg_{2}Si+MgC_{2))))

ja niiden peroksidit :

{\mathsf {SiC+4Na_{2}O_{2}\ {\xrightarrow {700-800^{\circ }C))\ Na_{2}SiO_{3}+Na_{2}CO_{3 }+2Na_{2}O}}

Sovellus

Hioma- ja leikkaustyökalut

Nykyaikaisessa leikkauspajassa piikarbidi on suosittu hioma-aine lujuutensa ja alhaisten kustannustensa vuoksi. Valmistusteollisuudessa sitä käytetään korkean kovuutensa vuoksi hankaavissa sovelluksissa , kuten hionnassa , hionnassa , vesisuihkuleikkauksessa ja hiekkapuhalluksessa . Piikarbidihiukkaset laminoidaan paperille hiekkapaperin luomiseksi [33] .

Hienojakoisten piikarbidijauheiden suspensioita öljyssä, glyseriinissä tai etyleeniglykolissa käytetään prosessissa, jossa lanka leikataan puolijohteiden yksittäiskiteitä kiekoiksi.

Vuonna 1982 löydettiin vahingossa alumiinioksidista ja piikarbidista koostuva komposiitti , jonka kiteet kasvavat hyvin ohuina säikeinä [34] .

Rakennemateriaalit

Piikarbidia, volframikarbidia ja muita kulutusta kestäviä materiaaleja käytetään päiden mekaanisten tiivisteiden luomiseen .

1980- ja 1990-luvuilla piikarbidia tutkittiin useissa korkean lämpötilan kaasuturbiinien tutkimus- ja kehitysohjelmissa Yhdysvalloissa, Japanissa ja Euroopassa. Suunniteltiin, että kehitetyt piikarbidikomponentit korvaisivat nikkeli- superseosturbiinien siivet ja suuttimet . Mikään näistä hankkeista ei kuitenkaan johtanut teolliseen tuotantoon, mikä johtuu pääasiassa piikarbidin alhaisesta iskunkestävyydestä ja alhaisesta murtumissitkeydestä [35] .

Kuten muitakin erittäin kovia keraamisia materiaaleja ( alumiinioksidi ja boorikarbidi ), piikarbidia käytetään komposiittipanssarin komponenttina, jota käytetään aseiden ja sotilasvarusteiden suojaamiseen, sekä kerrostetun keraamisen/organoplastisen panssarin olennaisena osana luodinkestäviä liivejä varten. Pinnacle Armorin Dragon Skin -vartalopanssari käyttää piikarbidilevyjä [36] .

Auton osat

Hiili-hiili-komposiittimateriaalissa olevaa piitä käytetään korkealaatuisten "keraamisten" levyjarrujen valmistukseen , koska se kestää äärimmäisiä lämpötiloja. Pii reagoi grafiitin kanssa "hiili-hiili-komposiitissa" ja muuttuu hiilikuituvahvisteiseksi piikarbidiksi (C/SiC). Tästä materiaalista valmistettuja levyjä käytetään joissakin urheiluautoissa, mukaan lukien Porsche Carrera GT , Bugatti Veyron , Chevrolet Corvette ZR1 , Bentley , Ferrari , Lamborghini [37] . Piikarbidia käytetään myös sintratussa muodossa dieselhiukkassuodattimissa [38] . [ selventää ]

Elektroniikka ja sähkötekniikka

Ensimmäiset piikarbidista valmistetut sähkölaitteet olivat epälineaarisia elementtejä - varistorit ja venttiilinsuojat (katso myös: tirit , vilit , latina , silit ) suojaamaan sähköasennuksia jännitteiltä . Piikarbidia käytetään pysäyttimissä viliittimateriaalin muodossa - piikarbidin ja sideaineen seoksena. Varistorin resistanssi on korkea , kunnes sen ylittävä jännite saavuttaa tietyn kynnysarvon V T , minkä jälkeen sen resistanssi putoaa alemmalle tasolle ja ylläpitää tätä arvoa, kunnes käytetty jännite laskee alle V T [39] .

Elektroniset laitteet

Piikarbidia käytetään ultranopeissa korkeajännitteisissä Schottky-diodeissa , NMOS-transistoreissa ja korkean lämpötilan tyristoreissa [40] . Pii- ja galliumarsenidiinstrumentteihin verrattuna piikarbidiinstrumenteilla on seuraavat edut:

useita kertoja suurempi kaistaväli ;
10 kertaa suurempi sähkölujuus ;
korkeat sallitut käyttölämpötilat (jopa 600 °C);
lämmönjohtavuus on 3 kertaa suurempi kuin piin ja lähes 10 kertaa suurempi kuin galliumarsenidin;
säteilynkestävyys ; _
sähköisten ominaisuuksien vakaus lämpötilan muutoksilla eikä parametrien ajautumista ajan myötä.

Piikarbidin lähes kahdestasadastaviisikymmenestä muunnelmasta vain kahta käytetään puolijohdelaitteessa - 4H-SiC ja 6H-SiC .

Ongelmat piidioksidipohjaisten elementtien rajapinnassa estävät n-MOS-transistorien ja piikarbidiin perustuvien IGBT :iden kehittämistä. Toinen ongelma on se, että piikarbidi itse hajoaa suurilla sähkökentillä pinoutuvien vikaketjujen muodostumisen vuoksi, mutta tämä ongelma voidaan ratkaista hyvin pian [41] .

SiC- LEDien historia on varsin merkittävä: ensimmäistä kertaa piikarbidin luminesenssin havaitsi H. Round vuonna 1907. Ensimmäiset kaupalliset LEDit perustuivat myös piikarbidiin. Keltaisia LEDejä 3C-SiC:stä valmistettiin Neuvostoliitossa 1970-luvulla [42] ja sinisiä (6H-SiC:stä) ympäri maailmaa 1980-luvulla [43] . Tuotanto pysähtyi pian, koska galliumnitridin päästöt olivat 10-100 kertaa kirkkaampia. Tämä tehokkuusero johtuu SiC:n epäsuotuisasta epäsuorasta kaistavälistä, kun taas galliumnitridillä on suora kaistaväli, joka lisää valovoimaa. Piikarbidi on kuitenkin edelleen yksi LEDien tärkeistä komponenteista - se on suosittu substraatti galliumnitridilaitteiden viljelyyn ja toimii myös lämmönlevittäjänä suuritehoisissa LED-valoissa [43] .

Tähtitiede ja tarkkuusoptiikka

Jäykkyys, korkea lämmönjohtavuus ja alhainen lämpölaajenemiskerroin tekevät piikarbidista lämpöstabiilin materiaalin laajalla käyttölämpötila-alueella. Tämä aiheuttaa piikarbidimatriisien laajan käytön peilielementtien valmistuksessa erilaisissa optisissa järjestelmissä, esimerkiksi tähtitieteellisissä teleskoopeissa tai lasersäteilyä käyttävissä voimansiirtojärjestelmissä. Tekniikan kehitys ( kemiallinen höyrypinnoitus ) mahdollistaa monikiteisten piikarbidilevyjen luomisen, joiden halkaisija on jopa 3,5 metriä. Peiliaihiot voidaan muodostaa useilla menetelmillä, mukaan lukien puhtaan, hienon piikarbidijauheen korkeapainepuristamalla. Useat teleskoopit, kuten Gaia , on jo varustettu hopealla päällystetyllä piikarbidioptiikalla [44] [45] .

Pyrometria

Piikarbidikuituja käytetään kaasujen lämpötilan mittaamiseen optisella menetelmällä, jota kutsutaan hienofilamenttipyrometriaksi. Mittattaessa mittausalueelle syötetään ohuita piikarbidin filamentteja (halkaisija 15 µm). Kuituilla ei käytännössä ole vaikutusta palamisprosessiin ja niiden lämpötila on lähellä liekin lämpötilaa. Tällä menetelmällä voidaan mitata lämpötiloja alueella 800–2500 K [46] [47] .

Lämmityselementit

Ensimmäinen maininta piikarbidin käytöstä lämmityselementtien valmistuksessa juontaa juurensa 1900-luvun alusta, jolloin ne valmistivat The Carborundum Company Yhdysvalloissa ja EKL Berliinissä. .

Tällä hetkellä piikarbidi on yksi tyypillisistä materiaaleista lämmityselementtien valmistuksessa, jotka voivat toimia jopa 1400 °C:n lämpötiloissa ilmassa ja 2000 °C:een asti neutraalissa tai pelkistävässä ympäristössä. mikä on huomattavasti korkeampi kuin mitä on saatavilla monille metallilämmittimille .

Piikarbidilämmityselementtejä käytetään ei-rautametallien ja lasin sulatuksessa, metallien , float-lasin lämpökäsittelyssä , keramiikan ja elektronisten komponenttien valmistuksessa jne. [48]

Ydinvoima

Reaktiosintrattu piikarbidi on löytänyt sovelluksen ydinenergiassa , koska se kestää hyvin ulkoisia haitallisia tekijöitä, mukaan lukien luonnolliset tekijät, korkea lujuus ja kovuus, pieni lämpölaajenemiskerroin ja epäpuhtauksien ja fissiotuotteiden diffuusiokerroin .

Piikarbidia käytetään muiden materiaalien ohella kolmirakenteisen isotrooppisen pinnoitteena korkean lämpötilan reaktoreissa, mukaan lukien kaasujäähdytteisissä reaktoreissa, ydinpolttoaine-elementeissä.

Piikarbidikapselit on valmistettu ydinjätteen pitkäaikaiseen varastointiin ja loppusijoitukseen.

Korut

Jalokivenä piikarbidia käytetään koruissa: sitä kutsutaan "synteettiseksi moissaniitiksi" tai yksinkertaisesti "moissaniitiksi". Moissaniitti on samanlainen kuin timantti: se on läpinäkyvää ja kovaa (9-9,5 Mohsin asteikolla verrattuna timantin 10:een), jonka taitekerroin on 2,65-2,69 (verrattuna timantin 2,42:een ).

Moissaniitilla on hieman monimutkaisempi rakenne kuin tavallisella kuutiosirkoniumoksidilla . Toisin kuin timantilla, moissaniitilla voi olla vahva kahtaistaitteisuus . Tämä laatu on toivottava joissakin optisissa malleissa, mutta ei jalokivissä. Tästä syystä moissaniittijalokiviä leikataan pitkin kiteen optista akselia kahtaistaittavuuden minimoimiseksi. Moissaniitin tiheys on pienempi, 3,21 g/cm³ (verrattuna timantilla 3,53 g/cm³ ), ja se kestää paljon paremmin lämpöä. Tuloksena on kivi, jolla on korkea mineraalikiilto , selkeät reunat ja hyvä ulkoisten vaikutusten kestävyys. Toisin kuin timantti, joka palaa 800 °C:ssa, moissaniitti pysyy ehjänä 1800 °C:seen asti (vertailun vuoksi: 1064 °C on puhtaan kullan sulamispiste ). Moissanitesta on tullut suosittu timantin korvikkeena, ja se voidaan sekoittaa timantiksi, koska sen lämmönjohtavuus on paljon lähempänä timantin lämmönjohtavuutta kuin mikään muu timantin korvike. Jalokivi voidaan erottaa timantista sen kahtaistaittavuuden ja hyvin vähäisen vihreän tai keltaisen fluoresenssin perusteella ultraviolettivalossa [50] .

Terästuotanto _

Piikarbidi toimii polttoaineena teräksen valmistuksessa konvertteriteollisuudessa . Se on puhtaampaa kuin hiili , mikä vähentää tuotantohävikkiä. Sitä voidaan käyttää myös lämpötilan nostamiseen ja hiilen hallintaan . Piikarbidin käyttö maksaa vähemmän ja mahdollistaa puhtaan teräksen valmistuksen, koska hivenainepitoisuudet ovat alhaiset verrattuna ferropiin ja hiilen yhdistelmään [51] .

Katalysaattori

Piikarbidin luonnollinen kestävyys hapettumista vastaan sekä uusien tapojen löytäminen suuremman pinta-alan omaavan β-SiC:n kuutiomuodon syntetisoimiseksi johtavat suureen kiinnostukseen käyttää sitä heterogeenisena katalyyttinä . Tätä muotoa on jo käytetty katalyyttinä hiilivetyjen, kuten n-butaanin , maleiinihappoanhydridin , hapetuksessa [52] [53] .

Grafeenin tuotanto

Piikarbidia käytetään grafeenin tuottamiseen grafisoimalla korkeissa lämpötiloissa. Tätä tuotantoa pidetään yhtenä lupaavista menetelmistä grafeenin synteesiin suuressa mittakaavassa käytännön sovelluksiin [54] [55] . Korkea lämpötila (2830°C kuten edellä reaktiossa) saa piikarbidin hajoamaan. Pii haihtuvampana elementtinä poistuu pinnan läheisistä kerroksista jättäen jäljelle yksi- tai monikerroksisen grafeenin, joista alempi liittyy vahvasti bulkkikiteeseen. Lähtöaineena käytetään 6H-SiC(0001)-yksikiteitä, joiden pinnalle muodostui lämpökäsittelyn seurauksena noin 1 mikronin kokoisia grafeeniterasseja, joita erottivat alueet, joissa on useita kerroksia [56] .

Sovellukset rakentamisessa

Voidaan käyttää kuituna kuitulujitebetonissa (samanlainen kuin basalttikuitu ) [57] .

Katso myös

Muistiinpanot

↑ Patnaik , P. Epäorgaanisten kemikaalien käsikirja . - McGraw-Hill Education , 2002. - ISBN 0070494398 .
↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0555.html
↑ 12 piikarbidin (SiC) ominaisuuksia . Ioffin instituutti. Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ Weimer, A.W. Karbidi-, nitridi- ja boridimateriaalien synteesi ja käsittely . - Springer, 1997. - s. 115. - ISBN 0412540606 .
↑ Acheson, G. (1893) US-patentti 492 767 "Keinotekoisen kiteisen hiilipitoisen materiaalin valmistus"
↑ Carborundumin valmistus – uusi teollisuus (4. heinäkuuta 1894). Arkistoitu alkuperäisestä 23. tammikuuta 2009.
↑ Dunwoody, Henry H. C. (1906) US-patentti 837 616 "Langaton lennätinjärjestelmä" (piikarbidin ilmaisin)
↑ Hart, Jeffrey A.; Stefanie Ann Lenway, Thomas Murtha. Elektroluminesoivien näyttöjen historia . Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ Moissan, Henry. Nouvelles recherches sur la météorité de Cañon Diablo (ranska) // Comptes rendus :lehti. - 1904. - Voi. 139 . - s. 773-786 .
↑ Di Pierro S. et ai. Kiveä muodostava moissaniitti (luonnollinen α-piikarbidi) (italia) // American Mineralogist : päiväkirja. - 2003. - V. 88 . - P. 1817-1821 .
↑ Alexander CM O'D. Tähtienvälisen piikarbidin in situ -mittaus kahdessa CM-kondriittimeteoriitissa // Nature : Journal. - 1990. - Voi. 348 . - s. 715-717 . - doi : 10.1038/348715a0 .
↑ Jim Kelly. Piikarbidin astrofyysinen luonne . Arkistoitu alkuperäisestä 4. toukokuuta 2017. (määrätön)
↑ 1 2 3 Harris, Gary Lynn. Piikarbidin ominaisuudet = Piikarbidin ominaisuudet. - Yhdistynyt kuningaskunta: IEE, 1995. - 282 s. — s. 19; 170-180. — ISBN 0852968701 .
↑ Lely, Jan Anthony. Darstellung von Einkristallen von Silicium Carbid und Beherrschung von Art und Menge der eingebauten Verunreinigungen (saksa) // Journal Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft. - 1955. - H. 32 . - S. 229-236 .
↑ N.Ohtani, T.Fujimoto, T.Aigo, M.Katsuno, H.Tsuge, H.Yashiro. Suuret ja korkealaatuiset piikarbidipohjat // Nippon Steel Technical Report no. 84. - 2001. Arkistoitu 4. maaliskuuta 2012.
↑ Byrappa, K.; Ohachi, T. Crystal kasvuteknologia . - Springer, 2003. - S. 180-200. — ISBN 3540003673 .
↑ syöttäjä, M.W.; Joray, SJ; Bianconi, PA Sileät jatkuvat kalvot stoikiometrisesta piikarbidista poly(metyylisilynistä) // Advanced Materials. - 2004. - S. 706 . - doi : 10.1002/adma.200306467 .
↑ Park, Yoon-Soo. SiC materiaalit ja laitteet . - Academic Press, 1998. - S. 20-60. — ISBN 0127521607 .
↑ Bunsell, AR; Piant, A. Katsaus kolmen sukupolven pienhalkaisijaisten piikarbidikuitujen kehitykseen // Journal of Materials Science. - 2006. - S. 823 . - doi : 10.1007/s10853-006-6566-z .
↑ Laine, Richard M. Esikeraamiset polymeerireitit piikarbidiin. - Babonneau, Firenze: Chemistry of Materials, 1993. - s. 260 . - doi : 10.1021/cm00027a007 .
↑ Cheung, Rebecca. Piikarbidin mikroelektromekaaniset järjestelmät ankariin ympäristöihin . - Imperial College Press, 2006. - S. 3. - ISBN 1860946240 .
↑ Morkoç, H.; Street, S.; Gao, G.B.; Lin, M.E.; Sverdlov, B.; Burns, M. Large-band-gap SiC-, III-V-nitridi- ja II-VI ZnSe-pohjaiset puolijohdelaiteteknologiat. - Journal of Applied Physics , 1994. - S. 1363 . - doi : 10.1063/1.358463 .
↑ Muranaka, T. Suprajohtavuus kantoaineseostetussa piikarbidissa : ilmainen lataus. — Sci. Technol. Adv. Mater., 2008. doi : 10.1088/1468-6996/9/4/044204 .
↑ s. 119-128 julkaisussa Silicon Carbide, toim. G. Khenita ja R. Roll, käänn. englannista; M. Mir: 1972 349s., ill.
↑ G. G. Gnesin "Silicon Carbide Materials" M. Metallurgy: 1977, 216s, ill.
↑ Piikarbidin (SiC) ominaisuudet . Ioffin instituutti. Haettu 6. kesäkuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ Yoon-Soo Park, Willardson, Eicke R Weber. SiC materiaalit ja laitteet . - Academic Press , 1998. - P. 1-18. — ISBN 0127521607 .
↑ Bhatnagar, M.; Baliga, BJ 6H-SiC:n, 3C-SiC:n ja Si:n vertailu teholaitteille . - IEEE Transactions on Electron Devices, maaliskuu 1993. - Vol. 3 . - S. 645-655 . - doi : 10.1109/16.199372 .
↑ Kriener, M. Suprajohtavuus voimakkaasti booriseostetussa piikarbidissa // Sci . Technol. Adv. mater. : lehti. - 2008. - Ongelma. 9 . - S. 044205 . - doi : 10.1088/1468-6996/9/4/044205 .
↑ Tärkeimmät piiyhdisteet (pääsemätön linkki) . Haettu 24. toukokuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 13. lokakuuta 2007. (Venäjän kieli)
↑ 1 2 3 4 Rabinovich, V. A. Piikarbidi // Lyhyt kemiallinen hakuteos / V. A. Rabinovich, Z. Ya. Khavin. - L .: Chemistry, 1977. - S. 74.
↑ A. M. Golub. Yleinen ja epäorgaaninen kemia = Zagalna ja epäorgaaninen kemia. - Vishcha-koulu, 1971. - S. 227. - 443 s. - 6700 kappaletta.
↑ Fuster, Marco A. (1997) "Skateboard grip tape", US-patentti 5 622 759
↑ Bansal , Narottam P. Keraamisten komposiittien käsikirja . - Springer, 2005. - s. 312. - ISBN 1402081332 .
↑ Keramiikka turbiinimoottoreille . Arkistoitu alkuperäisestä 6. huhtikuuta 2009.
↑ Dragon Skin - eniten suojaava vartalopanssari - kevyt . Tulevaisuuden tulivoima. Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ Top 10 nopeaa autoa (linkki ei saatavilla) . Arkistoitu alkuperäisestä 26. elokuuta 2009. (määrätön)
↑ O'Sullivan, D.; Pomeroy, MJ; Hampshire, S.; Murtagh, MJ Piikarbididieselhiukkassuodattimien hajoamiskestävyys dieselpolttoaineen tuhkakertymille // MRS-menettely. - 2004. - Numero. 19 . - S. 2913-2921 . - doi : 10.1557/JMR.2004.0373 .
↑ Whitaker, Jerry C. Elektroniikkakäsikirja . - CRC Press, 2005. - P. 1108. - ISBN 0849318890 .
↑ Bhatnagar, M.; Baliga, BJ 6H-SiC:n, 3C-SiC:n ja Si:n vertailu teholaitteille // IEEE Transactions on Electron Devices. - Maaliskuu, 1993. - Numero. 3 . - S. 645-655 . - doi : 10.1109/16.199372 .
↑ Madar, Roland. Materiaalitiede: Piikarbidi kilpailemassa : Luonto. - 26.8.2004. - Ongelma. 430 . - S. 974-975 . - doi : 10.1038/430974a .
↑ Keltainen SiC-LED . Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ 1 2 Stringfellow , Gerald B. Erittäin kirkkaat valodiodit . - Academic Press , 1997. - s. 48, 57, 425. - ISBN 0127521569 .
↑ Suurin koskaan avaruuteen sijoitettu teleskooppipeili , Euroopan avaruusjärjestö. Arkistoitu alkuperäisestä 19. lokakuuta 2012. Haettu 3. toukokuuta 2010.
↑ Petrovsky, GT, halkaisijaltaan 2,7 metriä piikarbidin pääpeili SOFIA-teleskooppiin // Journal Proc. SPIE. - S. 263 .
↑ Ohutfilamenttipyrometria, joka on kehitetty lämpötilojen mittaamiseen Flamesissa , NASA. Arkistoitu alkuperäisestä 15. maaliskuuta 2012. Haettu 3. toukokuuta 2010.
↑ Maun, Jignesh D.; Sunderland, PB; Urban, D.L. Ohutfilamenttipyrometria digitaalikameralla // Applied Optics. - 2007. - Ongelma. 4 . - S. 483 . - doi : 10.1364/AO.46.000483 . — PMID 17230239 .
↑ Yeshvant V. Deshmukh. Teollisuuslämmitys: periaatteet, tekniikat, materiaalit, sovellukset ja suunnittelu . - CRC Press, 2005. - S. 383-393. — ISBN 0849334055 .
↑ López-Honorato, E. TRISO-pinnoitettuja polttoainehiukkasia, joilla on parannetut SiC-ominaisuudet // Journal of Nuclear Materials : Journal. - 2009. - S. 219 . - doi : 10.1016/j.jnucmat.2009.03.013 .
↑ O'Donoghue, M. Gems . – Elsevier. - 2006. - S. 89. - ISBN 0-75-065856-8 .
↑ Piikarbidi (terästeollisuus ) . Arkistoitu alkuperäisestä 24. huhtikuuta 2012.
↑ Rase, Howard F. Kaupallisten katalyyttien käsikirja : heterogeeniset katalyytit : [ eng. ] . - CRC Press, 2000. - S. 258. - ISBN 0849394171 .
↑ Singh, SK Suuripinta-alainen piikarbidi riisinkuoresta : katalyyttien tukimateriaali : [ eng. ] / SK Singh, KM Parida, BC Mohanty … [ et al. ] // Reaktion kinetiikka ja katalyysikirjeet. - 1995. - Voi. 54.—s. 29–34. - doi : 10.1007/BF02071177 .
↑ de Heer, Walt A. Nanofysiikan käsikirja . - Epitaksiaalinen grafeeni: Taylor ja Francis, 2010. - ISBN 1420075381 . (linkki ei saatavilla)
↑ de Heer, Walt A. Epitaksiaalinen grafeeni // Solid State Communications. - 2007. - s. 92 . - doi : 10.1016/j.ssc.2007.04.023 . Arkistoitu alkuperäisestä 9. joulukuuta 2008.
↑ Eletsky A. V., Iskandarova I. M., Knizhnik A. A., Krasikov D. N. Grafeeni: tuotantomenetelmät ja lämpöfysikaaliset ominaisuudet // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Venäjän tiedeakatemia , 2011. - T. 181 . - S. 227-258 . - doi : 10.3367/UFNr.0181.201103a.0233 . (Venäjän kieli)
↑ 212. K. A. Saraikina, V. A. Shamanov Betonin hajaraudoitus // Bulletin of PSTU. Urbanistiikka. 2011. Nro 2.

Linkit

Kelly, Jim. SiC:n lyhyt historia : [ arch. 19.01.2008 ] // Jim Kellyn arkistokaappi. - Kemian laitos, University College London, 2005. - 27. lokakuuta. — Käyttöönottopäivä: 23.6.2020.
Piikarbidi: tekniikka, ominaisuudet, sovellukset / Ed. Belyaeva A. E., Konakova R. V. - Kharkov: ISMA, 2010. - 532 s. — ISBN 978-966-02-5445-9
Digonsky SV Tulenkestävien aineiden synteesi- ja sintrausprosessit kaasufaasissa. — M.: GEOS, 2013. — 462 s.

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Bibliografisissa luetteloissa
BNF : 13163471b GND : 4055009-6 J9U : 987007543762305171 LCCN : sh85122519 NDL : 00572656 NKC : ph184813