Что такое карбид кремния

Какой материал на Земле самый прочный?

что такое карбид кремния

Если вы любите комиксы (и фильмы) Marvel, то знаете, что во вселенной, созданной Стэном Ли, самым прочным материалом на Земле является металл вибраниум. Из него, в частности, сделан щит Капитана Америки и костюм черной пантеры, в родной стране которого – Ваканде – он и был найден.

В комиксах этот материал существует в нескольких вариантах и встречается в изолированных регионах нашей планеты. Также вибраниум обладает способностью поглощать все колебания в окрестности, включая направленную прямо на него кинетическую энергию (энергию движущегося тела).

В реальности, разумеется, вибраниума не существует, но это не значит, что на Земле нет ни одного материала, способного составить ему конкуренцию. Но какой материал на нашей планете является самым прочным?

Кстати, рука Зимнего солдата тоже сделана из вибраниума

От автомобиля до некоторых электронных приборов в вашем доме – как в природе, так и в лаборатории – современный мир наполнен впечатляющими материалами. Более того, ученые постоянно ищут новые материалы, которые можно было бы использовать в повседневной жизни, в лабораториях и даже в космосе. Но измерение прочности материала – не равносильно измерению твердости. Можно подумать, что эти два слова являются синонимами, но для опытного специалиста это далеко не одно и то же.

Прочность материала определяет его устойчивость к деформации, в то время как твердость позволяет узнать легко ли поцарапать материал.

Что такое карбид кремния?

Природный муассанит – очень красивый минерал

Карбид кремния – это неорганическое химическое соединение кремния и углерода. В природе карбид кремния можно найти в чрезвычайно редко встречающемся минерале муассаните. Муассанит в природе можно найти в некоторых типах метеоритов, а также в месторождениях кимберлита и корунда.

Материал используется как имитирующий алмазные вставки в ювелирных украшениях, однако чаще всего карбид кремния используют в автомобильной промышленности, электрических и астрономических приборах.

Важно понимать, что практически любой карбид кремния, который используется в промышленности, является синтетическим.

Природный муассанит впервые был обнаружен в 1893 году Фердинандом Анри Муассаном в виде шестиугольных пластинчатых включений в метеорите Каньон Диабло в Аризоне. Свое название минерал обрел в 1905 году. Несмотря на то, что на Земле карбид кремния невероятно сложно обнаружить, он широко распространен в космосе. Так, муассанит присутствует в газовых облаках вокруг звезд, богатых углеродом, а также в первозданных метеоритах.

Еще больше увлекательных статей об удивительных минералах и животных нашей планеты читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен

Как и для чего используют титановые сплавы?

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи.

Титановые сплавы – это сплавы, основным компонентом которых является титан (легкий прочный металл серебристого цвета). Титановые сплавы используются во многих отраслях промышленности, включая спортивные автомобили, коммерческие самолеты и ракеты. Титановые сплавы очень устойчивы к коррозии.

Однако из-за дороговизны производства эти материалы используются только в высокотехнологичных отраслях промышленности. По распространенности на Земле титан находится на 10-м месте, содержится в земной коре — 0,57% по массе и в морской воде — 0,001 мг/л. В земной коре титан почти всегда присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается.

В крупных коренных месторождениях титан встречается в России, США, Казахстане, Китае, Норвегии, Швеции и др.

Паучий шелк – один из самых прочных материалов на Земле

Несмотря на свои удивительные свойства, наткнуться на паутину и особенно в лесу максимально неприятно

На самом деле паучий шелк – один из самых прочных природных материалов на нашей планете. Как вы, вероятно, знаете, пауки используют паутину, чтобы поймать добычу и защитить потомство. Хотя прочность паучьего шелка варьируется от вида к виду, паучий шелк почти так же прочен, как высококачественная сталь.

Согласитесь, это довольно серьезно. Вот почему человек паук из небезызвестной вымышленной вселенной способен так лихо и с пользой использует паучий шелк. Возможно, в будущем паучий шелк будут использовать в качестве мышц для роботов.

Подробнее об этом удивительном предложении ученых читайте в материале Ильи Хеля.

Алмаз – самый твердый природный минерал

Так выглядят бриллианты до того, как их дарят своим возлюбленным

Алмаз является самым твердым известным природным минералом, который когда-либо находили на нашей планете. Еще одним удивительным свойством этого природного минерала является его способность к неограниченно по длительности существованию. Необходимо отметить, что алмаз –это редкий, но вместе с тем довольно широко распространенный минерал.

Промышленные месторождения алмазов встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды. Благодаря различному количеству цветов, алмазы используются в широком спектре отраслей промышленности, включая производство. При этом, несмотря на свою твердость, алмаз очень легко поцарапать – но только другим алмазом.

О происхождении и возрасте алмазов до сих пор нет точных научных данных, хотя согласно результатам некоторых исследований, его возраст может варьироваться от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет.

Чтобы всегда быть в курсе новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Более того, известны метеоритные алмазы внеземного происхождения, так как этот самый твердый природный минерал на Земле также образуется при ударе во время падения крупных метеоритов на нашу планету.

Однако наиболее удивительное свойство алмаз принимает после того, как ученые помещают его в вакуум или оставляют под воздействием инертного газа – при повышенных температурах этот минерал постепенно переходит в графит. Кстати, недавно внутри алмаза был обнаружен новый минерал.

Подробнее об этом удивительном открытии мы вам уже рассказывали.

Почему графен – материал будущего?

Графен – самый тонкий и прочный материал, известный человеку.

Графен – самый прочный материал, известный человеку. Будучи прозрачным, графен состоит из однослойного атома углерода, расположенного в треугольной решетке и является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок. По своей прочности графен в 200 раз превосходит сталь.

Многообразие химических и физических свойств этого самого прочного материала на Земле обусловлено кристаллической структурой и химической связью атомов углерода, которые и составляют графен. Используют этот поражающий воображение материал в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Конечно графен – не вибраниум, однако вполне способен составить ему конкуренцию, учитывая, что в будущем с помощью графена ученые наверняка совершат огромное количество самых разных открытий. Так, с помощью этого сверхпрочного и тонкого материала ученые смогут восстанавливать сломанные кости и даже предотвращать переломы.

Источник: https://Hi-News.ru/eto-interesno/kakoj-material-na-zemle-samyj-prochnyj.html

Карборунд — природно-искусственный камень

что такое карбид кремния

По официальной классификации этот камень не считается минералом. Его создают искусственно, но из натуральных компонентов. Прочность и красота сделали камень карборунд фаворитом промышленников и ювелиров. После профессиональной обработки он блестит сильнее бриллианта.

Что представляет собой Карборунд

Карборунд – это коммерческое и техническое название синтетического соединения, свойства и состав которого аналогичны натуральному камню муассаниту. То есть по сути это синтетический муассанит.

Это плотный материал разной степени прозрачности, результат сплавления песка с углем.

Внешне выглядит как антрацит, в основном черной гаммы. Есть экземпляры зеленого, голубого, фиолетового, синего цвета.

На свету камень переливается подобно радуге, создавая на поверхности причудливые узоры.

История

Способ получения данного соединения известен еще с середины 19 века, но запатентован только в 1893 году Эдвардом Ачесоном.

До 2016 года все права на производство принадлежали США. Сегодня главный поставщик карборунда фабричного происхождения на мировой рынок – Китай. Всего создано две с половиной сотни кристаллических модификаций разных цветов. Разработана технология для ювелирной промышленности: камни покрывают специальной пленкой, из-за чего даже тестеры не могут отличить кристалл от настоящего бриллианта.

Физико-химические характеристики

По химической классификации карборунд – это карбид кремния с простой формулой.

Тверже него только алмаз. Карборунд плотен, тугоплавок, равнодушен к истиранию, кислотам, прочим агрессивным веществам.

Карбид кремния:

  • Плотность 3,05 г/см³.
  • Состав 93 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 320350 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 2300 МПа.
  • Модуль упругости 380 ГПа.
  • Твердость 8792 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,54,0 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2.

Самосвязанный карбид кремния:

  • Плотность 3,1 г/см³.
  • Состав 99 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 350—450 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 2500 МПа.
  • Модуль упругости 390—420 ГПа.
  • Твердость 9095 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,84 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2.

ВК6ОМ:

  • Плотность 14,8 г/см³.
  • Состав Карбид вольфрама.
  • Предел прочности на изгиб 17001900 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 3500 МПа.
  • Модуль упругости 550 ГПа.
  • Твердость 90 HRA.
  • Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 7585 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 1015 МПа·м1/2.

Силицированный графит СГ-Т:

  • Плотность 2,6 г/см³.
  • Состав 50 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 90110 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 300320 МПа.
  • Модуль упругости 95 ГПа.
  • Твердость 5070 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100115 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 34 МПа·м1/2.

Однако лучи света камень преломляет сильнее алмаза, по этому параметру сопоставим с муассанитом.

Месторождения

Крупных месторождений натурального карборунда нет. Камни попадаются единицами: мелкие, грязновато-коричневатые. Поэтому в промышленных масштабах минерал не добывают. Налажено производство искусственных аналогов.

Абразивный Карбид

Где используется

Прочностные и эстетические кондиции обусловили широкую востребованность синтетического камня:

  • В строительстве он нашел применение как материал внутренней и наружной отделки помещений, добавка в базовый состав дорожного покрытия.
  • В промышленности это абразивы, бронированные сорта стали для армии, полупроводники для электротехники, катализаторы для металлургии и химической промышленности.
  • Для научных потребностей используется как оптика (например, линзы микро- и телескопов).

По особой технологии изготавливается ювелирная разновидность кристаллов.

Как ухаживать

Прочность искусственного материала делает его малоуязвимым. Ухаживать за изделиями можно минимально:

  • Хранить в общей шкатулке.
  • Носить в бассейн, на пляж или летнюю прогулку.
  • Чистить любым моющим средством.

Главное не использовать абразив или ультразвук: пострадает микропленка, которая может быть нанесена на поверхность камня. Особенно это касается продукции китайского происхождения.

Как опознать подделку

Карборунд недорог, но слишком красив, выглядит почти как алмаз. Неудивительно, что его пытаются подделывать. Имитацией выступает стекло.

Отличить происхождение образца легко. Поцарапать карборунд способен только алмаз. Камень массивен, сильно блестит, в руках нагревается не сразу.

Стоимость

В России можно купить ювелирные украшения и коллекционный материал из карборунда. Цена не запредельна (тыс. руб.):

  • кольца, подвески (серебро) – 4-10;
  • браслеты, колье (серебро) – 10-15;
  • необработанные самородки (Китай, 8-55 г) – 0, 6-1,1.

В Италии, возле вулкана Везувий, как карборунд туристам продают его застывшую лаву.

Магические свойства

Установлено, что магические свойства карборунда позитивно отражаются на душевном состоянии человека:

  • Камень символизирует материальное благополучие, притягивает деньги.
  • Его влияние и помощь почувствует человек, который желает, но не способен побороть лень или не знает, как одолеть страх на пути к цели.
  • Кристалл голубого цвета подходит стремящимся обрести сексуальную притягательность или стать умнее.

Магия карборунда дарит душевное равновесие, защищает от внешнего негатива, привносит спокойствие в дом.

Однако носить украшения или необработанный камень при себе постоянно не нужно: это чревато стрессом либо бессонницей.

Лечебное воздействие

На физическом плане камень имеет значение как седативное средство: успокаивает, избавляет от фобий, депрессии.

Кроме того, излечивает следующие недуги:

  • нарушение обмена веществ;
  • печень (цирроз, гепатит);
  • воспаление мочеполовых органов;
  • головная, суставная боль, подагра;
  • гормональные сбои;
  • ЖКТ (гастрит, язва);
  • анемичность.

Ношение любого изделия укрепляет иммунитет.

Астрологи установили, что минерал карборунд подходит представителям всех знаков Зодиака.

Источник: https://jgems.ru/interesnoe/karborund

Карбид кремния — Использование

что такое карбид кремния
01 марта 2011

1. Карбид кремния

2. Формы нахождения в природе
3. Производство
4. Структура и свойства5. Использование

Режущие диски из карбида кремния

В современной гранильной мастерской карбид кремния является популярным абразивом из-за его прочности и низкой стоимости. В обрабатывающей промышленности из-за его высокой твердости он используется в абразивной обработке в таких процессах как шлифование, хонингование, водоструйная резка и пескоструйная обработка. Частицы карбида кремния ламинируются на бумагу для создания шлифовальной шкурки.

В 1982 году случайно был обнаружен композит, состоящий из оксида алюминия и карбида кремния, кристаллы которого растут в виде очень тонких нитей .

Структурные материалы

Карбид кремния используется во внутренней пластине баллистических бронежилетов

В 1980-х и 1990-х годах карбид кремния изучался в ряде научно-исследовательских программ в США, Японии и Европе для использования в высокотемпературных газовых турбинах. Компоненты были призваны заменить некоторые детали никелевых жаропрочных турбин. Тем не менее, ни один из этих проектов не привел к промышленному производству, в основном из-за низкого сопротивления ударам и низкой ударной вязкости карбида кремния .

Как и другие жесткие керамики, карбид кремния используется в композитной броне и в качестве керамической пластины в пуленепробиваемых жилетах. Тип бронежилета «Кожа дракона», созданный компанией Pinnacle Armor, использует диски из карбида кремния .

Автомобильные запчасти

Углерод-керамические дисковые тормоза Porsche Carrera GT

Инфильтрованый кремний в материале «композит углерод-углерод» используется для производства высококачественных «керамических» дисковых тормозов, так как способен выдерживать экстремальные температуры.

Кремний вступает в реакцию с графитом в «композите углерод-углерод» становясь армированным углеродным волокном карбида кремния. Диски из этого материала используются на некоторых спортивных автомобилях, в том числе Porsche Carrera GT, Bugatti Veyron, Chevrolet Corvette ZR1, Bentley, Ferrari, Lamborghini.

Карбид кремния используется также в спеченных формах в дизельных фильтрах для очистки от твердых частиц.

Электроника

Первыми электрическими системами из SiC были молниеотводы в электроэнергетических системах. Эти устройства должны были обладать высоким сопротивлением до тех пор пока напряжение между ними не достигнет определенного порогового значения VT, после чего их сопротивление должно упасть до более низкого уровня и поддерживать этот уровень, пока приложенное напряжение падает ниже VT.

Электронные приборы

Ультрафиолетовый светодиод

Карбид кремния используется в сверхбыстрых высоковольтных диодах Шоттки, N-МОП-транзисторах и в высокотемпературных тиристорах. По сравнению с приборами на основе кремния и арсенида галлия приборы из карбида кремния имеют следующие преимущества:

  • в несколько раз большая ширина запрещённой зоны;
  • в 10 раз большая напряженность поле электрического пробоя;
  • высокие допустимые рабочие температуры;
  • теплопроводность в 3 раза больше, чем у кремния, и почти в 10 раз больше, чем у арсенида галлия;
  • устойчивость к воздействию радиации;
  • стабильность электрических характеристик при изменении температуры и отсутствие дрейфа параметров во времени.

Из почти двухсот пятидесяти модификаций карбида кремния только две применяются в полупроводниковых приборах — 4H-SiC и 6H-SiC.

Проблемы с интерфейсом элементов основанных на диоксиде кремния препятствуют развитию N-МОП-транзисторов и IGBT, основанных на карбидокремнии. Другая проблема заключается в том, что сам SiC пробивается при высоких электрических полях в связи с образованием цепочек дефектов упаковки, но эта проблема может быть решена совсем скоро .

История светодиодов из SiC весьма примечательна: первые светодиоды с использованием SiC были продемонстрированы в 1907 году. Первые коммерческие светодиоды были также на основе карбида кремния. Желтые светодиоды из 3C-SiC были изготовлены в Советском Союзе в 1970-х годах, а синие по всему миру в 1980-х . Производство вскоре остановилось, потому что нитрид галлия показал в 10-100 раз более яркую эмиссию.

Эта разница в эффективности связана с неблагоприятной непрямой запрещенной зоной SiC, в то время как нитрид галлия имеет прямую запрещенную зону, которая способствует увеличению интенсивности свечения. Тем не менее, SiC по прежнему является одним из важных компонентов светодиодов — это популярная подложка для выращивания устройств из нитрида галлия, также он служит теплораспределителем в мощных светодиодах.

Астрономия

Низкий коэффициент теплового расширения, высокая прочность, жесткость и теплопроводность делает карбид кремния нужным материалом для зеркал в астрономических телескопах. Развитие технологий позволило создавать диски поликристаллического карбида кремния до 3,5 метров в диаметре. Заготовки зеркала формируются из чистого мелкого порошка карбида кремния под высоким давлением. Несколько телескопов уже оснащены оптикой из карбида кремния.

Пирометрия

Изображения теста пирометрии. Высота пламени 7 см

Волокна из карбида кремния используются для измерения температуры газов оптическим методом, называемым тонкой пирометрией накаливания. При измерении тонкие нити из карбида кремния вводят в зону измерения. Волокна практически не влияют на процесс горения, а их температура близка к температуре пламени. Таким методом может быть измерена температура в диапазоне 800—2500 K.

Элементы нагревания

Ссылки на то, что карбид кремния использовался в нагревательных элементах существуют с начала 20-го века, когда они были изготовлены The Carborundum Company в США и EKL в Берлине. Карбид кремния помог увеличить рабочую температуру по сравнению с металлическими нагревателями. Элементы из карбида кремния используются сегодня при плавлении цветных металлов и стекла, при термической обработке металлов, флоат-стекла, при производстве керамики, электронных компонентов и т. д.

Элементы ядерного топлива

Карбид кремния часто используется в качестве слоя из триструктурально-изотропного покрытия для элементов ядерного топлива в высокотемпературных газовых реакторах или в очень высокотемпературных реакторах. Карбид кремния обеспечивает механическую устойчивость к топливу и является основным барьером для диффузии продуктов деления.

Ювелирные изделия

Кольцо с муассанитом

Чаще всего он использовался в качестве абразива, но в последнее время можно найти применение данного вещества и в качестве полупроводника или как имитатор алмаза ювелирного качества

Как ювелирный камень карбид кремния используется в ювелирном деле: называется «синтетический муассанит» или просто «муассанит». Муассанит похож на алмаз: он прозрачен и тверд, с показателем преломления 2,65—2,69. Муассанит имеет несколько более сложную структуру, чем обычный кубический диоксид циркония. В отличие от алмаза, муассанит может иметь сильное двулучепреломление.

Это качество является желательным в некоторых оптических конструкциях, но только не в драгоценных камнях. По этой причине муассанитовые драгоценности разрезают вдоль оптической оси кристалла, чтобы свести к минимуму эффект двупреломления. Муассанит имеет более низкую плотность 3,21 г/см³ и гораздо более устойчив к теплу.

В результате получается камень с большим блеском минерала, с четкими гранями и хорошей устойчивостью к внешним воздействиям. В отличие от алмаза, который горит при температуре 800 °C, муассанит остается неповрежденным вплоть до температуры в 1800 °C.

Муассанит стал популярен как заменитель алмаза, и может быть ошибочно принят за алмаз, так как его теплопроводность гораздо ближе к алмазу, чем у любого другого заменителя бриллианта. Драгоценный камень можно отличить от алмаза с помощью его двулучепреломления и очень небольшой зеленой или желтой флуоресценции в ультрафиолетовом свете .

Производство стали

Карбид кремния выступает в качестве топлива для изготовления стали в конвертерном производстве. Он чище чем уголь, что позволяет сократить отходы производства. Также может быть использован для повышения температуры и регулирования содержания углерода. Использование карбида кремния стоит меньше и позволяет производить чистую сталь из-за низкого уровня содержания микроэлементов, по сравнению с ферросилицием и сочетанием с углеродом.

Катализатор

Естественная резистентность карбида кремния к окислению, а также открытие новых путей синтеза кубической формы β-SiC с большей площадью поверхности, приводит к большому интересу в использовании его в качестве гетерогенного катализатора. Эта форма уже использовалась в качестве катализатора при окислении углеводородов, таких как н-бутан, малеиновый ангидрид.

Производство графена

Карбид кремния используется для производства графена с помощью графитизации при высоких температурах. Это производство рассматривается как один из перспективных методов синтеза графена в больших масштабах для практических применений.

Источник: http://4108.ru/u/karbid_kremniya_-_ispolzovanie

Карбид кремния: свойства, описание, применение

Карбид кремния (карборунд, SiC) – синтетический материал, соответствующий по составу и свойствам минералу муассанит. Является неорганическим бинарным соединением кремния с углеродом.

Представляет собой бесцветные кристаллы с бриллиантовым блеском в чистом виде, в форме технического продукта может приобретать различную окраску – зеленую, черную, желтую или серую (из-за примесей железа). Внешне напоминает уголь антрацит, но, в отличие от него, переливается всеми цветами радуги.

Природный минерал муассанит содержится в очень малых количествах в месторождениях кимберлита и корунда, а также в некоторых типах метеоритов. Впервые он был обнаружен в 1893 году А. Муассаном, в честь которого впоследствии был назван. Муассанит широко распространен в космосе в пылевых облаках вокруг звезд, богатых углеродом.

Получение карборундовых кристаллов

Из-за незначительного нахождения в природе материал чаще всего получают синтетическим путем. Впервые он был получен в виде порошка и начал производиться Э.Г. Ачесоном в промышленных масштабах также в 1893 году.

Э.Г. Ачесон запатентовал метод получения порошкообразного SiC и разработал электрическую графитовую печь для его синтезирования. Это был очень простой способ, подразумевающий спекание углерода с кремнеземом при температурах 1600-2500°C. Чистота полученного карборунда зависела от расстояния до графитового резистора в ТЭНе. Материал производила компания The Carborundum Company, и сначала он применялся только в качестве абразива.

Сейчас чистый карбид кремния (silicon carbide/karbid) также может быть синтезирован методом термического разложения полиметилсилана, при низких температурах в атмосфере инертного газа. Такой способ более удобен, так как из полимера перед запеканием в керамику можно сформировать изделие любой формы.

Свойства

Карборунд обладает уникальными характеристиками: он очень твердый и уступает по степени прочности только алмазу. Является инертным материалом – не реагирует с кислотами (кроме плавиковой, азотной и ортофосфорной) и другими веществами.

Может подвергаться нагреванию до 1500°С на открытом воздухе, не плавится при любом давлении, но способен сублимировать при t выше 1700°С. Такая термическая устойчивость обусловила другую сферу применения материала – он начал использоваться для изготовления подшипников и элементов оборудования для высокотемпературных печей.

Карбид кремния отличается также высокой теплопроводностью, плотностью электрического тока и электрическим напряжением, за счет чего вызывает значительный интерес в качестве полупроводника в электронике. Он обладает очень малым коэффициентом теплового расширения и не испытывает фазовых переходов, способных привести к разрушению монокристаллов.

Кроме того, за счет сильных химических связей материал имеет высокую радиационную и химическую стойкость, механическую прочность и твердость, а также термическую стабильность физических свойств. Благодаря уникальным характеристикам карборунд получил широкую сферу использования.

Применение

Карбид кремния используется в качестве абразивного материала для хонингования, шлифования, пескоструйной обработки и водоструйной резки. С его помощью производят детали металлургической и химической аппаратуры, функционирующей при высоких температурах.

Кроме того, материал применяется:

  • при производстве бронежилетов;
  • для изготовления сверхмощных светодиодов;
  • в производстве дисковых тормозов высокого качества;
  • для получения нагревательных приборов;
  • в ювелирном деле;
  • при создании зеркальных элементов в оптических системах;
  • в ядерной энергетике;
  • в качестве катализатора в процессах органического синтеза;
  • в строительной области.

 Карборунд относится к 4-му классу опасности по степени воздействия на организм человека. При работе с ним необходимо использовать защитные средства (очки, резиновые перчатки, маску).

Источник: https://him-kazan.ru/stati/karbid-kremniya-karborund-chto-eto-takoe

Карбид кремния

Карбид кремния – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл. Отличается высокой твердостью, термостойкостью, химической и радиационной стойкостью.

Карбид кремния

Свойства карбида кремния

Применение карбида кремния

Инновации на основе применения карбида кремния

Карбид кремния:

Карбид кремния (карборунд) – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл.

По твердости карбид кремния лишь немного уступает алмазу и нитриду бора.

В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала – муассанита.

Свойства карбида кремния:

– кристаллическая структура подобна структуре алмаза,

отличается высокой твердостью (9—9,5 по шкале Мооса, алмаз имеет 10 по шкале Мооса),

– является весьма инертным химическим веществом: практически не взаимодействует с большинством кислот, кроме концентрированных плавиковой, азотной и ортофосфорной кислот,

обладает высокой термостойкостью, химической и радиационной стойкостью,

– является полупроводником. Тип проводимости карбида кремния зависит от примесей,

прозрачен. Чистый карбид кремния бесцветен. Его оттенки от бесцветного до коричневого, зеленого или черного цвета связаны с примесями.

Применение карбида кремния:

как абразивный материал для обработки поверхности изделий,

как огнеупорный материал для электрических печей,

как материал для кислотоустойчивых изделий,

как полупроводник, электронные компоненты,

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  С какой целью производится нормализация стальных конструкций

вставка для имитации алмаза в ювелирных украшениях,

в строительстве в качестве фибры в фибробетоне (аналогично базальтовому волокну),

в производстве графена в больших масштабах для практических применений,

в качестве гетерогенного катализатора,

в производстве стали в качестве топлива в конверторном производстве,

ядерная энергетика,

нагревательные элементы,

керамика,

пирометрия,

астрономия и точная оптика,

электронные приборы (светодиоды, сверхбыстрые высоковольтные диоды Шоттки, n-МОП транзисторы и высокотемпературные тиристоры),

электроника и электротехника (варисторы, вентильные разрядники),

автомотодетали (дисковые тормоза),

конструкционные материалы (торцевые механические уплотнения).

Инновации на основе применения карбида кремния:

Разработана технология закаливания стекла наночастицами карбида кремния. Так, наночастицы карбида кремния при добавлении в обычное стекло укрепляют его кристаллическую структуру и делают его прочнее традиционного закаленного стекла в пять и более раз.

Такое стекло при ударе поглощает энергию удара и способно выдержать значительно большую энергию разрушения, чем обычное закаленное стекло. Если же все таки от удара и образуются трещины, то они разветвляются на крошечные сети, а не по всей поверхности стекла.

Из нанокристаллического карбида кремния производят карбидкремниевое волокно. Оно имеет прочность до σ + = 3,45 ГПа и Е+ = 430 ГПа и является альтернативой углеродным волокнам. Карбидкремниевое волокно может эксплуатироваться в кислородсодержащих средах при температурах вплоть до 1600 оС, сохраняя при этом свои прочностные характеристики. В то время как углеродные волокна резко снижают свои прочностные характеристики уже при 350-400 оС.

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/karbid-kremniya/

Кремниевый карбид • ru.knowledgr.com

Кремниевый карбид(ТАК), также известный как карборунд, является составом кремния и углерода с химической формулой SiC. Это встречается в природе как чрезвычайно редкий минерал moissanite. Кремниевый порошок карбида выпускался серийно с 1893 для использования в качестве абразива.

Зерна кремниевого карбида могут быть соединены вместе, спекая, чтобы сформировать очень твердую керамику, которые широко используются в заявлениях, требующих, чтобы высокая выносливость, таких как автомобиль тормозила, автомобильные тиски и керамические пластины в пуленепробиваемых жилетах.

Приблизительно в 1907 были сначала продемонстрированы электронные применения кремниевого карбида как светодиоды (светодиоды) и датчики в ранних радио, и сегодня SiC используется в приложениях электроники полупроводника, которые являются высокотемпературными, или высоковольтными, или оба.

Большие единственные кристаллы кремниевого карбида могут быть выращены методом Lely; они могут быть сокращены в драгоценные камни, известные как синтетический продукт moissanite. Кремниевый карбид с высокой площадью поверхности может быть произведен из SiO, содержавшегося в материале завода.

Ранние эксперименты

Несистематические, менее признанные, и часто непроверяемые синтезы кремниевого карбида включают

  • Сокращение Дж. Дж. Берзелиуса калия, fluorosilicate калием (1810)
  • Сезар-Мансюэт Депрец, мимолетный электрический ток через угольный стержень, включенный в песок (1849)
  • Роберт Сидни Марсден (1856–1919) роспуск кварца в литом серебре в суровом испытании графита (1881)
  • Нагревание Альбертом Колсоном кремния под потоком этилена (1882)
  • Нагревание Паулем Шюценбергером смеси кремния и кварца в суровом испытании графита (1881).

Широкое крупномасштабное производство

Широкое крупномасштабное производство зачислено на Эдварда Гудрича Ачезона в 1890. Ачезон пытался подготовить искусственные алмазы, когда он нагрел смесь глины (алюминиевый силикат) и порошкообразный кокс (углерод) в железной миске.

Он назвал синие кристаллы, которые сформировали Карборунд, полагая, что он новый состав углерода и алюминия, подобного корунду. В 1893 Анри Муассан обнаружил очень редкий естественный минерал SiC, исследуя горные образцы, найденные в метеорите Каньона Диабло в Аризоне. Минерал назвали moissanite в его честь.

Муассан также синтезировал SiC несколькими маршрутами, включая роспуск углерода в литом кремнии, плавя смесь карбида кальция и кварца, и уменьшив кварц с углеродом в электрической печи.

Ачезон запатентовал метод для того, чтобы сделать кремниевый порошок карбида 28 февраля 1893. Ачезон также развил электрическую пакетную печь, которой SiC все еще сделан сегодня и сформировался, Carborundum Company, чтобы произвести складывают SiC, первоначально для использования в качестве абразива.

В 1900 компания обосновалась с Электрическим Плавлением и Алюминиевой компанией, когда решение судьи отдало «приоритет широко» его основателям «для сокращения руд и других веществ сверкающим методом». Сказано, что Ачезон пытался растворить углерод в литом корунде (глинозем) и обнаружил присутствие твердых, иссиня-черных кристаллов, которым он верил, чтобы быть составом углерода и корунда: следовательно карборунд.

Может случиться так, что он назвал материальный «карборунд» по аналогии с корундом, который является другим очень твердым веществом (9 на Шкале твердости по Моосу).

Первое использование SiC было как абразив. Это сопровождалось электронными заявлениями. В начале 20-го века кремниевый карбид использовался в качестве датчика в первых радио, и в 1907 Генри Джозеф Вокруг произвел первое Во главе с применением напряжения к кристаллу SiC и наблюдению желтой, зелено-оранжевой эмиссии в катоде. Те эксперименты были позже повторены О. В. Лосевым в Советском Союзе в 1923.

Естественное возникновение

Естественный moissanite найден в только мелких количествах в определенных типах метеорита и в залежах корунда и кимберлите. Фактически весь кремниевый карбид, проданный в мире, включая moissanite драгоценности, является синтетическим продуктом.

Естественный moissanite был сначала найден в 1893 как маленький компонент метеорита Каньона Диабло в Аризоне доктором Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого материал назвали в 1905.

Открытие Мойссана естественного SiC первоначально оспаривалось, потому что его образец, возможно, был загрязнен кремниевым карбидом, видел лезвия, которые уже были на рынке в то время.

В то время как редкий на Земле, кремниевый карбид удивительно распространен в пространстве. Это — стандартная форма космической пыли, найденной вокруг богатых углеродом звезд, и примеры этой космической пыли были найдены в нетронутом условии в примитивных (неизменных) метеоритах. Кремниевый карбид, найденный в космосе и в метеоритах, является почти исключительно бета полиморфом.

Анализ зерен SiC, найденных в Мерчисонском метеорите, каменноугольном метеорите хондрита, показал аномальные изотопические отношения углерода и кремния, указав на происхождение снаружи солнечной системы; 99% этих зерен SiC происходят вокруг богатых углеродом асимптотических гигантских звезд отделения. SiC обычно находится вокруг этих звезд, как выведено из их инфракрасных спектров.

Производство

Из-за редкости естественного moissanite большая часть кремниевого карбида — синтетический продукт. Это используется в качестве абразива, и позже в качестве полупроводника и алмазного притворщика качества драгоценного камня.

Самый простой производственный процесс должен объединить песок кварца и углерод в графите Ачезона электрическая печь сопротивления при высокой температуре, между и. Прекрасные частицы SiO в материале завода (например, рисовая шелуха) могут быть преобразованы в SiC, нагревшись в избыточном углероде от органического материала.

Дым кварца, который является побочным продуктом производства кремниевых сплавов металла и ферросилиция, также может быть преобразован в SiC, нагревшись с графитом в.

Материал, сформированный в печи Ачезона, варьируется по чистоте, согласно ее расстоянию от источника тепла резистора графита. Бесцветные, бледно-желтые и зеленые кристаллы имеют самую высокую чистоту и сочтены самыми близкими к резистору. Цветные изменения синего и черного цвета на большем расстоянии от резистора и этих более темных кристаллах менее чисты. Азот и алюминий — общие примеси, и они затрагивают электрическую проводимость SiC.

Чистый кремниевый карбид может быть сделан так называемым процессом Lely, в котором порошок SiC возвышен в высокотемпературные разновидности кремния, углерода, кремния dicarbide (ТАК) и disilicon карбида (ТАК) в газе аргона, окружающем в 2500 °C, и повторно внес в подобные пластинке единственные кристаллы, измеренные до 2×2 см, при немного более холодном основании.

Этот процесс приводит к высококачественным единственным кристаллам, главным образом 6-й так фазы (из-за высокой температуры роста). Измененный процесс Lely, включающий индукцию, нагревающуюся в суровых испытаниях графита, приводит к еще большим единственным кристаллам 4 дюймов (10 см) в диаметре, имея раздел 81 времена, больше по сравнению с обычным процессом Lely.

Кубический SiC обычно выращивается более дорогим процессом химического смещения пара (CVD). Homoepitaxial и слои heteroepitaxial SiC могут быть выращены использующие и газовые и жидкие подходы фазы. Чистый кремниевый карбид может также быть подготовлен тепловым разложением полимера, poly (methylsilyne), под инертной атмосферой при низких температурах.

Относительно процесса CVD метод пиролиза выгоден, потому что полимер может быть сформирован в различные формы до термализации в керамику.

Структура и свойства

Кремниевый карбид существует приблизительно в 250 прозрачных формах. Полиморфизм SiC характеризуется большой семьей подобных прозрачных структур, названных политипами. Они — изменения того же самого химического соединения, которые идентичны в двух размерах и отличаются по третьему. Таким образом они могут быть рассмотрены как слои, сложенные в определенной последовательности.

Альфа-карбид кремния (α-SiC) является полиморфом, с которым обычно сталкиваются; это сформировано при температурах, больше, чем 1700 °C, и имеет шестиугольную кристаллическую структуру (подобный Wurtzite).

Бета модификация (β-SiC), с цинковой кристаллической структурой сфалерита (подобный алмазу), сформирована при температурах ниже 1700 °C.

До недавнего времени у бета формы было относительно небольшое количество коммерческого использования, хотя есть теперь возрастающий интерес к его использованию в качестве поддержки разнородных катализаторов вследствие его более высокой площади поверхности по сравнению с альфа-формой.

Чистый SiC бесцветен. Коричневый к черному цвету промышленного изделия следует из железных примесей. Подобный радуге блеск кристаллов вызван слоем пассивирования кремниевого диоксида, который формируется на поверхности.

Высокая температура возвышения SiC (приблизительно 2 700 °C) делает его полезным для частей печи и подшипников. Кремниевый карбид не тает ни при каком известном давлении. Это также очень инертно химически.

В настоящее время есть много интереса к его использованию в качестве материала полупроводника в электронике, где его высокая теплопроводность, высокая электрическая прочность электрического поля и высокая максимальная плотность тока делают его более многообещающим, чем кремний для мощных устройств.

У SiC также есть очень низкий коэффициент теплового расширения (4.0 × 10/K) и события никакие переходы фазы, которые вызвали бы неоднородности в тепловом расширении.

Электрическая проводимость

Кремниевый карбид — полупроводник, который может быть легированным n-типом азотом или фосфором и p-типом алюминием, бором, галлием или бериллием. Металлическая проводимость была достигнута тяжелым допингом с бором, алюминием или азотом. Сверхпроводимость была обнаружена в 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B и 6-я-SiC:B при той же самой температуре 1.5 K.

Решающее различие, однако, наблюдается для поведения магнитного поля между допингом алюминия и бора: SiC:Al — тип-II, то же самое как Si:B. Наоборот, SiC:B — тип-I. В попытке объяснить это различие, было отмечено, что сайты Сайа более важны, чем углеродные места для сверхпроводимости в SiC. Принимая во внимание, что углерод замен бора в SiC, Эл заменяет сайтами Сайа.

Поэтому, Эл и B «видят» различную окружающую среду, которая могла бы объяснить различные свойства SiC:Al и SiC:B.

Абразивные и режущие инструменты

В искусствах кремниевый карбид — популярный абразив в современном резчике по камню из-за длительности и низкой стоимости материала. В производстве это используется для его твердости в абразивных процессах механической обработки, таких как размол, затачивание, гидроабразивная резка и пескоструйная обработка. Частицы кремниевого карбида слоистые бумаге, чтобы создать наждачные бумаги и ленту власти на скейтбордах.

Источник: http://ru.knowledgr.com/00157320/%D0%9A%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B9%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%B4

Карбид кремния (карборунд): что это такое? — Юмэкс

Карбид кремния (карборунд) является синтетическим заменителем редчайшего минерала муассанита, который в природе встречается лишь в месторождениях корунда и кимберлита, а еще реже — в составе метеоритов, попавших на Землю из космоса. Натуральный муассанит обнаружен в больших количествах лишь в насыщенных углеродом пылевых облаках около звезд.

Карборунд: внешний вид и свойства

Будучи синтетическим, карбид кремния перенимает свойства природного муассанита. При этом его гораздо легче получить. Неорганическое бинарное углеродное соединение образует кристаллы, схожие внешне с антрацитом, но обладающие радужными переливами. Обычно кристаллы бесцветны и блестят, но технический карборунд порой приобретает различные цветовые оттенки из-за присутствия железных примесей.

Природный муассанит интересен своими уникальными свойствами. Он обладает поразительной, близкой к алмазу, твердостью, является инертным (не вступает в химические реакции с большинством кислот), выдерживает нагревание до 1500°С и воздействие радиации. Помимо этого, муассанит механически прочен и стабилен по части физических свойств. Редкость не позволяет использовать его полезные качества в промышленности, поэтому был создан синтетический аналог с теми же качествами.

Купить карбид кремния намного проще, чем муассанит. Его стоимость также ниже, что значительно повышает доступность.

Применение карбида кремния

Карборунд используется при производстве полупроводниковой продукции, поскольку имеет высокую теплопроводность и плотность электротока. Его твердость делает из карбида кремния отличный абразив, который применяют для шлифовки, пескоструйной обработки, хонингования.

Карбид кремния можно встретить:

  • в ювелирных цехах;
  • в строительстве;
  • в ядерной энергетике;
  • в оборонной промышленности (в частности, для изготовления бронежилетов);
  • в автомобилестроении (для дисковых прочных тормозных систем);
  • в изготовлении мощной оптики и высокотемпературных печей;
  • и так далее.

Работникам, контактирующим с карборундом, не обойтись без средств индивидуальной защиты, ведь искусственному минералу присвоен 4-й класс опасности. При контакте он способен нанести вред здоровью человека.

При соблюдении техники безопасности карбид кремния становится ключевым компонентом многих высокотехнологичных изделий. Объемы применения карборунда растут с каждым годом вместе с развитием промышленности в Российской Федерации и во всем мире.

Заказать услугу

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

Источник: https://www.umeks.ru/articles/karbid-kremniya-karborund-chto-eto-takoe-/

Открытие и начало производства[ | ]

Повторение эксперимента Г. Д. Раунда

О ранних, не систематических и часто непризнанных синтезах карбида кремния сообщали Деспретз (1849), Марсден (1880) и Колсон (1882 год)[4]. Широкомасштабное производство начал Эдвард Гудрич Ачесон в 1893.

Он запатентовал метод получения порошкообразного карбида кремния 28 февраля 1893[5]. Ачесон также разработал электрическую печь, в которой карбид кремния создаётся до сих пор.

Он основал компанию The Carborundum Company для производства порошкообразного вещества, которое первоначально использовалось в качестве абразива[6].

Исторически первым способом использования карбида кремния было использование в качестве абразива. За этим последовало применение и в электронных устройствах.В начале XX века карбид кремния использовался в качестве детектора в первых радиоприемниках[7].В 1907 году Генри Джозеф Раунд создал первый светодиод, подавая напряжение на кристаллы SiC и наблюдая за жёлтым, зелёным и оранжевым излучением на катоде. Эти эксперименты были повторены О. В. Лосевым в СССР в 1923 году[8].

Формы нахождения в природе[ | ]

Монокристалл муассанита (~1 мм в размере)

Природный карбид кремния — муассанит можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых типах метеоритов и в месторождениях корунда и кимберлита. Практически любой карбид кремния, продаваемый в мире, в том числе и в виде муассанитового украшения, является синтетическим.

Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году в виде небольших шестиугольных пластинчатых включений в метеорите Каньон Диабло в Аризоне Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого и был назван минерал в 1905 году[9].

Исследование Муассана о естественном происхождении карбида кремния было изначально спорным, потому что его образец мог быть загрязнён крошкой карбида кремния от пилы (в то время пилы уже содержали данное вещество)[10].

Хоть карбид кремния и является редким веществом на Земле, он широко распространён в космосе. Это вещество встречается в пылевых облаках вокруг богатых углеродом звёзд, также его много в первозданных, не подвергшихся изменениям, метеоритах (почти исключительно в форме бета-).

Анализ зёрен карбида кремния, найденных в углеродистом хондритовом метеорите Мёрчисон, показал аномальное изотопное соотношение углерода и кремния, что указывает на происхождение данного вещества за пределами Солнечной системы: 99 % зёрен SiC образовалось около богатых углеродом звёзд, принадлежащих к асимптотической ветви гигантов[11].

Карбид кремния можно часто обнаружить вокруг таких звёзд по их ИК-спектрам[12].

Производство[ | ]

Из-за редкости нахождения в природе муассанита карбид кремния, как правило, имеет искусственное происхождение. Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1600—2500 °C:

S i O 2 + 3 C → 1600 − 2500 o C S i C + 2 C O {\displaystyle {\mathsf {SiO_{2}+3C{\xrightarrow {1600-2500{o}C}}SiC+2CO}}} Синтетические кристаллы SiC ~ 3 мм в диаметре

Чистота карбида кремния, образующегося в печи Ачесона, зависит от расстояния до графитового резистора в ТЭНе.

Кристаллы высокой чистоты бесцветного, бледно-жёлтого и зелёного цвета находятся ближе всего к резистору.На большем расстоянии от резистора цвет изменяется на синий или чёрный из-за примесей.Загрязнителями чаще всего являются азот и алюминий, они влияют на электропроводность полученного материала[13].

Кристаллы карбида кремния, полученные благодаря [en]

Чистый карбид кремния можно получить с помощью так называемого [en][14], в котором порошкообразный SiC возгоняется в атмосфере аргона при 2500 °C и осаждается на более холодной подложке в виде чешуйчатых монокристаллов размерами до 2×2 см.

Этот процесс дает высококачественные монокристаллы, получающиеся из-за быстрого нагрева до высоких температур и в основном состоящие из 6H-SiC фазы. Улучшенный процесс Лели при участии индукционного нагрева в графитовых тиглях дает ещё большие монокристаллы до 10 см в диаметре[15].

Кубический SiC, как правило, выращивается с помощью более дорогостоящего процесса — химического осаждения паров[13][16].

Чистый карбид кремния также может быть получен путём термического разложения полимера (SiCH3)n, в атмосфере инертного газа при низких температурах.Относительно CVD-процесса метод пиролиза более удобен, поскольку из полимера можно сформировать изделие любой формы перед запеканием в керамику[17][18][19][20].

Структура и свойства[ | ]

  • Структуры основных политипов SiC

Известно примерно 250 кристаллических форм карбида кремния[21].Полиморфизм SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами.Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем.Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определённой последовательности[22].

Альфа-карбид кремния (α-SiC) является наиболее часто встречающимся полиморфом.Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.

Бета-модификация (β-SiC), с кристаллической структурой типа цинковой обманки (аналог структуры алмаза), образуется при температурах ниже 1700 °C[23].

До недавнего времени бета-форма имела сравнительно небольшое коммерческое использование, однако в настоящее время в связи с использованием его в качестве гетерогенных катализаторов интерес к ней увеличивается.

Нагревание бета-формы до температур свыше 1700°С способно приводить к постепенному переходу кубической бета-формы в гексагональную (2Н, 4Н, 6Н, 8Н) и ромбичекую (15R).[24] При повышении температуры и времени процесса все образующиеся формы переходят в конечном итоге в гексагональный альфа-политип 6Н.[25]

Свойства основных политипов карбида кремния[26][27] Политип3C (β)4H6H (α)Кристаллическая структура Пространственная группа Символ Пирсона Постоянные решётки (Å)
Цинковая обманка (кубич.) Гексагональная Гексагональная
T d 2 − F 43 m {\displaystyle {\mathsf {T_{d}{2}-F43m}}} C 6 v 4 − P 6 3 m c {\displaystyle {\mathsf {C_{6v}{4}-P6_{3}mc}}} C 6 v 4 − P 6 3 m c {\displaystyle {\mathsf {C_{6v}{4}-P6_{3}mc}}}
c F 8 {\displaystyle {\mathsf {cF8}}} h P 8 {\displaystyle {\mathsf {hP8}}} h P 12 {\displaystyle {\mathsf {hP12}}}
4.3596 {\displaystyle 4.3596} 3.0730 ; 10.053 {\displaystyle 3.0730;10.053}

Источник: https://encyclopaedia.bid/%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%B4_%D0%BA%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Источник: https://kamnistar.com/iskusstvennye/karborund/

Свойства карбида кремния SiC

Свойства карбида кремния SiC

Свойства карбида кремния SiC

Свойства карбида кремния SiC

Теплофизические свойства спеченного мелкозернистого карбида кремния

Карборунд — карбид кремния

Карборунд — карбид кремния

Карборунд — карбид кремния

Карборунд (карбид кремния) представляет собой плотный материал разной степени прозрачности, полученный в результате соединения песка с углём путём плавления. Экземпляры чёрного цвета по внешнему виду напоминают антрацит, но существуют и другие оттенки. При ярком свете минерал переливается радужными красками, образуя на поверхности разнообразные узоры.

Минерал — Карборунд

Благодаря многочисленным полезным свойствам, карборунд применяют не только в ювелирной промышленности, но и в электронике, сталеварении и др. К тому же, минерал обладает магическим и лечебным действием.

История и происхождение

Карбид кремния: кристаллическая решектка, формула, применение — Токарь

Карбид кремния: кристаллическая решектка, формула, применение — Токарь

Карбид кремния: кристаллическая решектка, формула, применение — Токарь

17.12.2019

Карбид кремния – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл. Отличается высокой твердостью, термостойкостью, химической и радиационной стойкостью.

  • Карбид кремния
  • Свойства карбида кремния
  • Применение карбида кремния
  • Инновации на основе применения карбида кремния

Карбид кремния:

Какой материал на Земле самый прочный?

что такое карбид кремния

Если вы любите комиксы (и фильмы) Marvel, то знаете, что во вселенной, созданной Стэном Ли, самым прочным материалом на Земле является металл вибраниум. Из него, в частности, сделан щит Капитана Америки и костюм черной пантеры, в родной стране которого – Ваканде – он и был найден.

В комиксах этот материал существует в нескольких вариантах и встречается в изолированных регионах нашей планеты. Также вибраниум обладает способностью поглощать все колебания в окрестности, включая направленную прямо на него кинетическую энергию (энергию движущегося тела).

В реальности, разумеется, вибраниума не существует, но это не значит, что на Земле нет ни одного материала, способного составить ему конкуренцию. Но какой материал на нашей планете является самым прочным?

Кстати, рука Зимнего солдата тоже сделана из вибраниума

От автомобиля до некоторых электронных приборов в вашем доме – как в природе, так и в лаборатории – современный мир наполнен впечатляющими материалами. Более того, ученые постоянно ищут новые материалы, которые можно было бы использовать в повседневной жизни, в лабораториях и даже в космосе. Но измерение прочности материала – не равносильно измерению твердости. Можно подумать, что эти два слова являются синонимами, но для опытного специалиста это далеко не одно и то же.

Прочность материала определяет его устойчивость к деформации, в то время как твердость позволяет узнать легко ли поцарапать материал.

Что такое карбид кремния?

Природный муассанит – очень красивый минерал

Карбид кремния – это неорганическое химическое соединение кремния и углерода. В природе карбид кремния можно найти в чрезвычайно редко встречающемся минерале муассаните. Муассанит в природе можно найти в некоторых типах метеоритов, а также в месторождениях кимберлита и корунда.

Материал используется как имитирующий алмазные вставки в ювелирных украшениях, однако чаще всего карбид кремния используют в автомобильной промышленности, электрических и астрономических приборах.

Важно понимать, что практически любой карбид кремния, который используется в промышленности, является синтетическим.

Природный муассанит впервые был обнаружен в 1893 году Фердинандом Анри Муассаном в виде шестиугольных пластинчатых включений в метеорите Каньон Диабло в Аризоне. Свое название минерал обрел в 1905 году. Несмотря на то, что на Земле карбид кремния невероятно сложно обнаружить, он широко распространен в космосе. Так, муассанит присутствует в газовых облаках вокруг звезд, богатых углеродом, а также в первозданных метеоритах.

Еще больше увлекательных статей об удивительных минералах и животных нашей планеты читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен

Как и для чего используют титановые сплавы?

Металл получил своё название в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, детей Геи.

Титановые сплавы – это сплавы, основным компонентом которых является титан (легкий прочный металл серебристого цвета). Титановые сплавы используются во многих отраслях промышленности, включая спортивные автомобили, коммерческие самолеты и ракеты. Титановые сплавы очень устойчивы к коррозии.

Однако из-за дороговизны производства эти материалы используются только в высокотехнологичных отраслях промышленности. По распространенности на Земле титан находится на 10-м месте, содержится в земной коре — 0,57% по массе и в морской воде — 0,001 мг/л. В земной коре титан почти всегда присутствует только в кислородных соединениях. В свободном виде не встречается.

В крупных коренных месторождениях титан встречается в России, США, Казахстане, Китае, Норвегии, Швеции и др.

Паучий шелк – один из самых прочных материалов на Земле

Несмотря на свои удивительные свойства, наткнуться на паутину и особенно в лесу максимально неприятно

На самом деле паучий шелк – один из самых прочных природных материалов на нашей планете. Как вы, вероятно, знаете, пауки используют паутину, чтобы поймать добычу и защитить потомство. Хотя прочность паучьего шелка варьируется от вида к виду, паучий шелк почти так же прочен, как высококачественная сталь.

Согласитесь, это довольно серьезно. Вот почему человек паук из небезызвестной вымышленной вселенной способен так лихо и с пользой использует паучий шелк. Возможно, в будущем паучий шелк будут использовать в качестве мышц для роботов.

Подробнее об этом удивительном предложении ученых читайте в материале Ильи Хеля.

Алмаз – самый твердый природный минерал

Так выглядят бриллианты до того, как их дарят своим возлюбленным

Алмаз является самым твердым известным природным минералом, который когда-либо находили на нашей планете. Еще одним удивительным свойством этого природного минерала является его способность к неограниченно по длительности существованию. Необходимо отметить, что алмаз –это редкий, но вместе с тем довольно широко распространенный минерал.

Промышленные месторождения алмазов встречаются на всех континентах, кроме Антарктиды. Благодаря различному количеству цветов, алмазы используются в широком спектре отраслей промышленности, включая производство. При этом, несмотря на свою твердость, алмаз очень легко поцарапать – но только другим алмазом.

О происхождении и возрасте алмазов до сих пор нет точных научных данных, хотя согласно результатам некоторых исследований, его возраст может варьироваться от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет.

Чтобы всегда быть в курсе новостей из мира популярной науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram

Более того, известны метеоритные алмазы внеземного происхождения, так как этот самый твердый природный минерал на Земле также образуется при ударе во время падения крупных метеоритов на нашу планету.

Однако наиболее удивительное свойство алмаз принимает после того, как ученые помещают его в вакуум или оставляют под воздействием инертного газа – при повышенных температурах этот минерал постепенно переходит в графит. Кстати, недавно внутри алмаза был обнаружен новый минерал.

Подробнее об этом удивительном открытии мы вам уже рассказывали.

Почему графен – материал будущего?

Графен – самый тонкий и прочный материал, известный человеку.

Графен – самый прочный материал, известный человеку. Будучи прозрачным, графен состоит из однослойного атома углерода, расположенного в треугольной решетке и является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок. По своей прочности графен в 200 раз превосходит сталь.

Многообразие химических и физических свойств этого самого прочного материала на Земле обусловлено кристаллической структурой и химической связью атомов углерода, которые и составляют графен. Используют этот поражающий воображение материал в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Конечно графен – не вибраниум, однако вполне способен составить ему конкуренцию, учитывая, что в будущем с помощью графена ученые наверняка совершат огромное количество самых разных открытий. Так, с помощью этого сверхпрочного и тонкого материала ученые смогут восстанавливать сломанные кости и даже предотвращать переломы.

Источник: https://Hi-News.ru/eto-interesno/kakoj-material-na-zemle-samyj-prochnyj.html

Карборунд — природно-искусственный камень

что такое карбид кремния

По официальной классификации этот камень не считается минералом. Его создают искусственно, но из натуральных компонентов. Прочность и красота сделали камень карборунд фаворитом промышленников и ювелиров. После профессиональной обработки он блестит сильнее бриллианта.

Что представляет собой Карборунд

Карборунд – это коммерческое и техническое название синтетического соединения, свойства и состав которого аналогичны натуральному камню муассаниту. То есть по сути это синтетический муассанит.

Это плотный материал разной степени прозрачности, результат сплавления песка с углем.

Внешне выглядит как антрацит, в основном черной гаммы. Есть экземпляры зеленого, голубого, фиолетового, синего цвета.

На свету камень переливается подобно радуге, создавая на поверхности причудливые узоры.

История

Способ получения данного соединения известен еще с середины 19 века, но запатентован только в 1893 году Эдвардом Ачесоном.

До 2016 года все права на производство принадлежали США. Сегодня главный поставщик карборунда фабричного происхождения на мировой рынок – Китай. Всего создано две с половиной сотни кристаллических модификаций разных цветов. Разработана технология для ювелирной промышленности: камни покрывают специальной пленкой, из-за чего даже тестеры не могут отличить кристалл от настоящего бриллианта.

Физико-химические характеристики

По химической классификации карборунд – это карбид кремния с простой формулой.

Тверже него только алмаз. Карборунд плотен, тугоплавок, равнодушен к истиранию, кислотам, прочим агрессивным веществам.

Карбид кремния:

  • Плотность 3,05 г/см³.
  • Состав 93 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 320350 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 2300 МПа.
  • Модуль упругости 380 ГПа.
  • Твердость 8792 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,54,0 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2.

Самосвязанный карбид кремния:

  • Плотность 3,1 г/см³.
  • Состав 99 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 350—450 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 2500 МПа.
  • Модуль упругости 390—420 ГПа.
  • Твердость 9095 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,84 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2.

ВК6ОМ:

  • Плотность 14,8 г/см³.
  • Состав Карбид вольфрама.
  • Предел прочности на изгиб 17001900 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 3500 МПа.
  • Модуль упругости 550 ГПа.
  • Твердость 90 HRA.
  • Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 7585 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 1015 МПа·м1/2.

Силицированный графит СГ-Т:

  • Плотность 2,6 г/см³.
  • Состав 50 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 90110 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 300320 МПа.
  • Модуль упругости 95 ГПа.
  • Твердость 5070 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100115 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 34 МПа·м1/2.

Однако лучи света камень преломляет сильнее алмаза, по этому параметру сопоставим с муассанитом.

Месторождения

Крупных месторождений натурального карборунда нет. Камни попадаются единицами: мелкие, грязновато-коричневатые. Поэтому в промышленных масштабах минерал не добывают. Налажено производство искусственных аналогов.

Абразивный Карбид

Где используется

Прочностные и эстетические кондиции обусловили широкую востребованность синтетического камня:

  • В строительстве он нашел применение как материал внутренней и наружной отделки помещений, добавка в базовый состав дорожного покрытия.
  • В промышленности это абразивы, бронированные сорта стали для армии, полупроводники для электротехники, катализаторы для металлургии и химической промышленности.
  • Для научных потребностей используется как оптика (например, линзы микро- и телескопов).

По особой технологии изготавливается ювелирная разновидность кристаллов.

Как ухаживать

Прочность искусственного материала делает его малоуязвимым. Ухаживать за изделиями можно минимально:

  • Хранить в общей шкатулке.
  • Носить в бассейн, на пляж или летнюю прогулку.
  • Чистить любым моющим средством.

Главное не использовать абразив или ультразвук: пострадает микропленка, которая может быть нанесена на поверхность камня. Особенно это касается продукции китайского происхождения.

Как опознать подделку

Карборунд недорог, но слишком красив, выглядит почти как алмаз. Неудивительно, что его пытаются подделывать. Имитацией выступает стекло.

Отличить происхождение образца легко. Поцарапать карборунд способен только алмаз. Камень массивен, сильно блестит, в руках нагревается не сразу.

Стоимость

В России можно купить ювелирные украшения и коллекционный материал из карборунда. Цена не запредельна (тыс. руб.):

  • кольца, подвески (серебро) – 4-10;
  • браслеты, колье (серебро) – 10-15;
  • необработанные самородки (Китай, 8-55 г) – 0, 6-1,1.

В Италии, возле вулкана Везувий, как карборунд туристам продают его застывшую лаву.

Магические свойства

Установлено, что магические свойства карборунда позитивно отражаются на душевном состоянии человека:

  • Камень символизирует материальное благополучие, притягивает деньги.
  • Его влияние и помощь почувствует человек, который желает, но не способен побороть лень или не знает, как одолеть страх на пути к цели.
  • Кристалл голубого цвета подходит стремящимся обрести сексуальную притягательность или стать умнее.

Магия карборунда дарит душевное равновесие, защищает от внешнего негатива, привносит спокойствие в дом.

Однако носить украшения или необработанный камень при себе постоянно не нужно: это чревато стрессом либо бессонницей.

Лечебное воздействие

На физическом плане камень имеет значение как седативное средство: успокаивает, избавляет от фобий, депрессии.

Кроме того, излечивает следующие недуги:

  • нарушение обмена веществ;
  • печень (цирроз, гепатит);
  • воспаление мочеполовых органов;
  • головная, суставная боль, подагра;
  • гормональные сбои;
  • ЖКТ (гастрит, язва);
  • анемичность.

Ношение любого изделия укрепляет иммунитет.

Астрологи установили, что минерал карборунд подходит представителям всех знаков Зодиака.

Источник: https://jgems.ru/interesnoe/karborund

Карбид кремния — Использование

что такое карбид кремния
01 марта 2011

1. Карбид кремния

2. Формы нахождения в природе
3. Производство
4. Структура и свойства5. Использование

Режущие диски из карбида кремния

В современной гранильной мастерской карбид кремния является популярным абразивом из-за его прочности и низкой стоимости. В обрабатывающей промышленности из-за его высокой твердости он используется в абразивной обработке в таких процессах как шлифование, хонингование, водоструйная резка и пескоструйная обработка. Частицы карбида кремния ламинируются на бумагу для создания шлифовальной шкурки.

В 1982 году случайно был обнаружен композит, состоящий из оксида алюминия и карбида кремния, кристаллы которого растут в виде очень тонких нитей .

Структурные материалы

Карбид кремния используется во внутренней пластине баллистических бронежилетов

В 1980-х и 1990-х годах карбид кремния изучался в ряде научно-исследовательских программ в США, Японии и Европе для использования в высокотемпературных газовых турбинах. Компоненты были призваны заменить некоторые детали никелевых жаропрочных турбин. Тем не менее, ни один из этих проектов не привел к промышленному производству, в основном из-за низкого сопротивления ударам и низкой ударной вязкости карбида кремния .

Как и другие жесткие керамики, карбид кремния используется в композитной броне и в качестве керамической пластины в пуленепробиваемых жилетах. Тип бронежилета «Кожа дракона», созданный компанией Pinnacle Armor, использует диски из карбида кремния .

Автомобильные запчасти

Углерод-керамические дисковые тормоза Porsche Carrera GT

Инфильтрованый кремний в материале «композит углерод-углерод» используется для производства высококачественных «керамических» дисковых тормозов, так как способен выдерживать экстремальные температуры.

Кремний вступает в реакцию с графитом в «композите углерод-углерод» становясь армированным углеродным волокном карбида кремния. Диски из этого материала используются на некоторых спортивных автомобилях, в том числе Porsche Carrera GT, Bugatti Veyron, Chevrolet Corvette ZR1, Bentley, Ferrari, Lamborghini.

Карбид кремния используется также в спеченных формах в дизельных фильтрах для очистки от твердых частиц.

Электроника

Первыми электрическими системами из SiC были молниеотводы в электроэнергетических системах. Эти устройства должны были обладать высоким сопротивлением до тех пор пока напряжение между ними не достигнет определенного порогового значения VT, после чего их сопротивление должно упасть до более низкого уровня и поддерживать этот уровень, пока приложенное напряжение падает ниже VT.

Электронные приборы

Ультрафиолетовый светодиод

Карбид кремния используется в сверхбыстрых высоковольтных диодах Шоттки, N-МОП-транзисторах и в высокотемпературных тиристорах. По сравнению с приборами на основе кремния и арсенида галлия приборы из карбида кремния имеют следующие преимущества:

  • в несколько раз большая ширина запрещённой зоны;
  • в 10 раз большая напряженность поле электрического пробоя;
  • высокие допустимые рабочие температуры;
  • теплопроводность в 3 раза больше, чем у кремния, и почти в 10 раз больше, чем у арсенида галлия;
  • устойчивость к воздействию радиации;
  • стабильность электрических характеристик при изменении температуры и отсутствие дрейфа параметров во времени.

Из почти двухсот пятидесяти модификаций карбида кремния только две применяются в полупроводниковых приборах — 4H-SiC и 6H-SiC.

Проблемы с интерфейсом элементов основанных на диоксиде кремния препятствуют развитию N-МОП-транзисторов и IGBT, основанных на карбидокремнии. Другая проблема заключается в том, что сам SiC пробивается при высоких электрических полях в связи с образованием цепочек дефектов упаковки, но эта проблема может быть решена совсем скоро .

История светодиодов из SiC весьма примечательна: первые светодиоды с использованием SiC были продемонстрированы в 1907 году. Первые коммерческие светодиоды были также на основе карбида кремния. Желтые светодиоды из 3C-SiC были изготовлены в Советском Союзе в 1970-х годах, а синие по всему миру в 1980-х . Производство вскоре остановилось, потому что нитрид галлия показал в 10-100 раз более яркую эмиссию.

Эта разница в эффективности связана с неблагоприятной непрямой запрещенной зоной SiC, в то время как нитрид галлия имеет прямую запрещенную зону, которая способствует увеличению интенсивности свечения. Тем не менее, SiC по прежнему является одним из важных компонентов светодиодов — это популярная подложка для выращивания устройств из нитрида галлия, также он служит теплораспределителем в мощных светодиодах.

Астрономия

Низкий коэффициент теплового расширения, высокая прочность, жесткость и теплопроводность делает карбид кремния нужным материалом для зеркал в астрономических телескопах. Развитие технологий позволило создавать диски поликристаллического карбида кремния до 3,5 метров в диаметре. Заготовки зеркала формируются из чистого мелкого порошка карбида кремния под высоким давлением. Несколько телескопов уже оснащены оптикой из карбида кремния.

Пирометрия

Изображения теста пирометрии. Высота пламени 7 см

Волокна из карбида кремния используются для измерения температуры газов оптическим методом, называемым тонкой пирометрией накаливания. При измерении тонкие нити из карбида кремния вводят в зону измерения. Волокна практически не влияют на процесс горения, а их температура близка к температуре пламени. Таким методом может быть измерена температура в диапазоне 800—2500 K.

Элементы нагревания

Ссылки на то, что карбид кремния использовался в нагревательных элементах существуют с начала 20-го века, когда они были изготовлены The Carborundum Company в США и EKL в Берлине. Карбид кремния помог увеличить рабочую температуру по сравнению с металлическими нагревателями. Элементы из карбида кремния используются сегодня при плавлении цветных металлов и стекла, при термической обработке металлов, флоат-стекла, при производстве керамики, электронных компонентов и т. д.

Элементы ядерного топлива

Карбид кремния часто используется в качестве слоя из триструктурально-изотропного покрытия для элементов ядерного топлива в высокотемпературных газовых реакторах или в очень высокотемпературных реакторах. Карбид кремния обеспечивает механическую устойчивость к топливу и является основным барьером для диффузии продуктов деления.

Ювелирные изделия

Кольцо с муассанитом

Чаще всего он использовался в качестве абразива, но в последнее время можно найти применение данного вещества и в качестве полупроводника или как имитатор алмаза ювелирного качества

Как ювелирный камень карбид кремния используется в ювелирном деле: называется «синтетический муассанит» или просто «муассанит». Муассанит похож на алмаз: он прозрачен и тверд, с показателем преломления 2,65—2,69. Муассанит имеет несколько более сложную структуру, чем обычный кубический диоксид циркония. В отличие от алмаза, муассанит может иметь сильное двулучепреломление.

Это качество является желательным в некоторых оптических конструкциях, но только не в драгоценных камнях. По этой причине муассанитовые драгоценности разрезают вдоль оптической оси кристалла, чтобы свести к минимуму эффект двупреломления. Муассанит имеет более низкую плотность 3,21 г/см³ и гораздо более устойчив к теплу.

В результате получается камень с большим блеском минерала, с четкими гранями и хорошей устойчивостью к внешним воздействиям. В отличие от алмаза, который горит при температуре 800 °C, муассанит остается неповрежденным вплоть до температуры в 1800 °C.

Муассанит стал популярен как заменитель алмаза, и может быть ошибочно принят за алмаз, так как его теплопроводность гораздо ближе к алмазу, чем у любого другого заменителя бриллианта. Драгоценный камень можно отличить от алмаза с помощью его двулучепреломления и очень небольшой зеленой или желтой флуоресценции в ультрафиолетовом свете .

Производство стали

Карбид кремния выступает в качестве топлива для изготовления стали в конвертерном производстве. Он чище чем уголь, что позволяет сократить отходы производства. Также может быть использован для повышения температуры и регулирования содержания углерода. Использование карбида кремния стоит меньше и позволяет производить чистую сталь из-за низкого уровня содержания микроэлементов, по сравнению с ферросилицием и сочетанием с углеродом.

Катализатор

Естественная резистентность карбида кремния к окислению, а также открытие новых путей синтеза кубической формы β-SiC с большей площадью поверхности, приводит к большому интересу в использовании его в качестве гетерогенного катализатора. Эта форма уже использовалась в качестве катализатора при окислении углеводородов, таких как н-бутан, малеиновый ангидрид.

Производство графена

Карбид кремния используется для производства графена с помощью графитизации при высоких температурах. Это производство рассматривается как один из перспективных методов синтеза графена в больших масштабах для практических применений.

Источник: http://4108.ru/u/karbid_kremniya_-_ispolzovanie

Карбид кремния: свойства, описание, применение

Карбид кремния (карборунд, SiC) – синтетический материал, соответствующий по составу и свойствам минералу муассанит. Является неорганическим бинарным соединением кремния с углеродом.

Представляет собой бесцветные кристаллы с бриллиантовым блеском в чистом виде, в форме технического продукта может приобретать различную окраску – зеленую, черную, желтую или серую (из-за примесей железа). Внешне напоминает уголь антрацит, но, в отличие от него, переливается всеми цветами радуги.

Природный минерал муассанит содержится в очень малых количествах в месторождениях кимберлита и корунда, а также в некоторых типах метеоритов. Впервые он был обнаружен в 1893 году А. Муассаном, в честь которого впоследствии был назван. Муассанит широко распространен в космосе в пылевых облаках вокруг звезд, богатых углеродом.

Получение карборундовых кристаллов

Из-за незначительного нахождения в природе материал чаще всего получают синтетическим путем. Впервые он был получен в виде порошка и начал производиться Э.Г. Ачесоном в промышленных масштабах также в 1893 году.

Э.Г. Ачесон запатентовал метод получения порошкообразного SiC и разработал электрическую графитовую печь для его синтезирования. Это был очень простой способ, подразумевающий спекание углерода с кремнеземом при температурах 1600-2500°C. Чистота полученного карборунда зависела от расстояния до графитового резистора в ТЭНе. Материал производила компания The Carborundum Company, и сначала он применялся только в качестве абразива.

Сейчас чистый карбид кремния (silicon carbide/karbid) также может быть синтезирован методом термического разложения полиметилсилана, при низких температурах в атмосфере инертного газа. Такой способ более удобен, так как из полимера перед запеканием в керамику можно сформировать изделие любой формы.

Свойства

Карборунд обладает уникальными характеристиками: он очень твердый и уступает по степени прочности только алмазу. Является инертным материалом – не реагирует с кислотами (кроме плавиковой, азотной и ортофосфорной) и другими веществами.

Может подвергаться нагреванию до 1500°С на открытом воздухе, не плавится при любом давлении, но способен сублимировать при t выше 1700°С. Такая термическая устойчивость обусловила другую сферу применения материала – он начал использоваться для изготовления подшипников и элементов оборудования для высокотемпературных печей.

Карбид кремния отличается также высокой теплопроводностью, плотностью электрического тока и электрическим напряжением, за счет чего вызывает значительный интерес в качестве полупроводника в электронике. Он обладает очень малым коэффициентом теплового расширения и не испытывает фазовых переходов, способных привести к разрушению монокристаллов.

Кроме того, за счет сильных химических связей материал имеет высокую радиационную и химическую стойкость, механическую прочность и твердость, а также термическую стабильность физических свойств. Благодаря уникальным характеристикам карборунд получил широкую сферу использования.

Применение

Карбид кремния используется в качестве абразивного материала для хонингования, шлифования, пескоструйной обработки и водоструйной резки. С его помощью производят детали металлургической и химической аппаратуры, функционирующей при высоких температурах.

Кроме того, материал применяется:

  • при производстве бронежилетов;
  • для изготовления сверхмощных светодиодов;
  • в производстве дисковых тормозов высокого качества;
  • для получения нагревательных приборов;
  • в ювелирном деле;
  • при создании зеркальных элементов в оптических системах;
  • в ядерной энергетике;
  • в качестве катализатора в процессах органического синтеза;
  • в строительной области.

 Карборунд относится к 4-му классу опасности по степени воздействия на организм человека. При работе с ним необходимо использовать защитные средства (очки, резиновые перчатки, маску).

Источник: https://him-kazan.ru/stati/karbid-kremniya-karborund-chto-eto-takoe

Карбид кремния

Карбид кремния – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл. Отличается высокой твердостью, термостойкостью, химической и радиационной стойкостью.

Карбид кремния

Свойства карбида кремния

Применение карбида кремния

Инновации на основе применения карбида кремния

Карбид кремния:

Карбид кремния (карборунд) – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл.

По твердости карбид кремния лишь немного уступает алмазу и нитриду бора.

В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала – муассанита.

Свойства карбида кремния:

– кристаллическая структура подобна структуре алмаза,

отличается высокой твердостью (9—9,5 по шкале Мооса, алмаз имеет 10 по шкале Мооса),

– является весьма инертным химическим веществом: практически не взаимодействует с большинством кислот, кроме концентрированных плавиковой, азотной и ортофосфорной кислот,

обладает высокой термостойкостью, химической и радиационной стойкостью,

– является полупроводником. Тип проводимости карбида кремния зависит от примесей,

прозрачен. Чистый карбид кремния бесцветен. Его оттенки от бесцветного до коричневого, зеленого или черного цвета связаны с примесями.

Применение карбида кремния:

как абразивный материал для обработки поверхности изделий,

как огнеупорный материал для электрических печей,

как материал для кислотоустойчивых изделий,

как полупроводник, электронные компоненты,

вставка для имитации алмаза в ювелирных украшениях,

в строительстве в качестве фибры в фибробетоне (аналогично базальтовому волокну),

в производстве графена в больших масштабах для практических применений,

в качестве гетерогенного катализатора,

в производстве стали в качестве топлива в конверторном производстве,

ядерная энергетика,

нагревательные элементы,

керамика,

пирометрия,

астрономия и точная оптика,

электронные приборы (светодиоды, сверхбыстрые высоковольтные диоды Шоттки, n-МОП транзисторы и высокотемпературные тиристоры),

электроника и электротехника (варисторы, вентильные разрядники),

автомотодетали (дисковые тормоза),

конструкционные материалы (торцевые механические уплотнения).

Инновации на основе применения карбида кремния:

Разработана технология закаливания стекла наночастицами карбида кремния. Так, наночастицы карбида кремния при добавлении в обычное стекло укрепляют его кристаллическую структуру и делают его прочнее традиционного закаленного стекла в пять и более раз.

Такое стекло при ударе поглощает энергию удара и способно выдержать значительно большую энергию разрушения, чем обычное закаленное стекло. Если же все таки от удара и образуются трещины, то они разветвляются на крошечные сети, а не по всей поверхности стекла.

Из нанокристаллического карбида кремния производят карбидкремниевое волокно. Оно имеет прочность до σ + = 3,45 ГПа и Е+ = 430 ГПа и является альтернативой углеродным волокнам. Карбидкремниевое волокно может эксплуатироваться в кислородсодержащих средах при температурах вплоть до 1600 оС, сохраняя при этом свои прочностные характеристики. В то время как углеродные волокна резко снижают свои прочностные характеристики уже при 350-400 оС.

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/karbid-kremniya/

Кремниевый карбид • ru.knowledgr.com

Кремниевый карбид(ТАК), также известный как карборунд, является составом кремния и углерода с химической формулой SiC. Это встречается в природе как чрезвычайно редкий минерал moissanite. Кремниевый порошок карбида выпускался серийно с 1893 для использования в качестве абразива.

Зерна кремниевого карбида могут быть соединены вместе, спекая, чтобы сформировать очень твердую керамику, которые широко используются в заявлениях, требующих, чтобы высокая выносливость, таких как автомобиль тормозила, автомобильные тиски и керамические пластины в пуленепробиваемых жилетах.

Приблизительно в 1907 были сначала продемонстрированы электронные применения кремниевого карбида как светодиоды (светодиоды) и датчики в ранних радио, и сегодня SiC используется в приложениях электроники полупроводника, которые являются высокотемпературными, или высоковольтными, или оба.

Большие единственные кристаллы кремниевого карбида могут быть выращены методом Lely; они могут быть сокращены в драгоценные камни, известные как синтетический продукт moissanite. Кремниевый карбид с высокой площадью поверхности может быть произведен из SiO, содержавшегося в материале завода.

Открытие и раннее производство

Ранние эксперименты

Несистематические, менее признанные, и часто непроверяемые синтезы кремниевого карбида включают

  • Сокращение Дж. Дж. Берзелиуса калия, fluorosilicate калием (1810)
  • Сезар-Мансюэт Депрец, мимолетный электрический ток через угольный стержень, включенный в песок (1849)
  • Роберт Сидни Марсден (1856–1919) роспуск кварца в литом серебре в суровом испытании графита (1881)
  • Нагревание Альбертом Колсоном кремния под потоком этилена (1882)
  • Нагревание Паулем Шюценбергером смеси кремния и кварца в суровом испытании графита (1881).

Широкое крупномасштабное производство

Широкое крупномасштабное производство зачислено на Эдварда Гудрича Ачезона в 1890. Ачезон пытался подготовить искусственные алмазы, когда он нагрел смесь глины (алюминиевый силикат) и порошкообразный кокс (углерод) в железной миске.

Он назвал синие кристаллы, которые сформировали Карборунд, полагая, что он новый состав углерода и алюминия, подобного корунду. В 1893 Анри Муассан обнаружил очень редкий естественный минерал SiC, исследуя горные образцы, найденные в метеорите Каньона Диабло в Аризоне. Минерал назвали moissanite в его честь.

Муассан также синтезировал SiC несколькими маршрутами, включая роспуск углерода в литом кремнии, плавя смесь карбида кальция и кварца, и уменьшив кварц с углеродом в электрической печи.

Ачезон запатентовал метод для того, чтобы сделать кремниевый порошок карбида 28 февраля 1893. Ачезон также развил электрическую пакетную печь, которой SiC все еще сделан сегодня и сформировался, Carborundum Company, чтобы произвести складывают SiC, первоначально для использования в качестве абразива.

В 1900 компания обосновалась с Электрическим Плавлением и Алюминиевой компанией, когда решение судьи отдало «приоритет широко» его основателям «для сокращения руд и других веществ сверкающим методом». Сказано, что Ачезон пытался растворить углерод в литом корунде (глинозем) и обнаружил присутствие твердых, иссиня-черных кристаллов, которым он верил, чтобы быть составом углерода и корунда: следовательно карборунд.

Может случиться так, что он назвал материальный «карборунд» по аналогии с корундом, который является другим очень твердым веществом (9 на Шкале твердости по Моосу).

Первое использование SiC было как абразив. Это сопровождалось электронными заявлениями. В начале 20-го века кремниевый карбид использовался в качестве датчика в первых радио, и в 1907 Генри Джозеф Вокруг произвел первое Во главе с применением напряжения к кристаллу SiC и наблюдению желтой, зелено-оранжевой эмиссии в катоде. Те эксперименты были позже повторены О. В. Лосевым в Советском Союзе в 1923.

Естественное возникновение

Естественный moissanite найден в только мелких количествах в определенных типах метеорита и в залежах корунда и кимберлите. Фактически весь кремниевый карбид, проданный в мире, включая moissanite драгоценности, является синтетическим продуктом.

Естественный moissanite был сначала найден в 1893 как маленький компонент метеорита Каньона Диабло в Аризоне доктором Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого материал назвали в 1905.

Открытие Мойссана естественного SiC первоначально оспаривалось, потому что его образец, возможно, был загрязнен кремниевым карбидом, видел лезвия, которые уже были на рынке в то время.

В то время как редкий на Земле, кремниевый карбид удивительно распространен в пространстве. Это — стандартная форма космической пыли, найденной вокруг богатых углеродом звезд, и примеры этой космической пыли были найдены в нетронутом условии в примитивных (неизменных) метеоритах. Кремниевый карбид, найденный в космосе и в метеоритах, является почти исключительно бета полиморфом.

Анализ зерен SiC, найденных в Мерчисонском метеорите, каменноугольном метеорите хондрита, показал аномальные изотопические отношения углерода и кремния, указав на происхождение снаружи солнечной системы; 99% этих зерен SiC происходят вокруг богатых углеродом асимптотических гигантских звезд отделения. SiC обычно находится вокруг этих звезд, как выведено из их инфракрасных спектров.

Производство

Из-за редкости естественного moissanite большая часть кремниевого карбида — синтетический продукт. Это используется в качестве абразива, и позже в качестве полупроводника и алмазного притворщика качества драгоценного камня.

Самый простой производственный процесс должен объединить песок кварца и углерод в графите Ачезона электрическая печь сопротивления при высокой температуре, между и. Прекрасные частицы SiO в материале завода (например, рисовая шелуха) могут быть преобразованы в SiC, нагревшись в избыточном углероде от органического материала.

Дым кварца, который является побочным продуктом производства кремниевых сплавов металла и ферросилиция, также может быть преобразован в SiC, нагревшись с графитом в.

Материал, сформированный в печи Ачезона, варьируется по чистоте, согласно ее расстоянию от источника тепла резистора графита. Бесцветные, бледно-желтые и зеленые кристаллы имеют самую высокую чистоту и сочтены самыми близкими к резистору. Цветные изменения синего и черного цвета на большем расстоянии от резистора и этих более темных кристаллах менее чисты. Азот и алюминий — общие примеси, и они затрагивают электрическую проводимость SiC.

Чистый кремниевый карбид может быть сделан так называемым процессом Lely, в котором порошок SiC возвышен в высокотемпературные разновидности кремния, углерода, кремния dicarbide (ТАК) и disilicon карбида (ТАК) в газе аргона, окружающем в 2500 °C, и повторно внес в подобные пластинке единственные кристаллы, измеренные до 2×2 см, при немного более холодном основании.

Этот процесс приводит к высококачественным единственным кристаллам, главным образом 6-й так фазы (из-за высокой температуры роста). Измененный процесс Lely, включающий индукцию, нагревающуюся в суровых испытаниях графита, приводит к еще большим единственным кристаллам 4 дюймов (10 см) в диаметре, имея раздел 81 времена, больше по сравнению с обычным процессом Lely.

Кубический SiC обычно выращивается более дорогим процессом химического смещения пара (CVD). Homoepitaxial и слои heteroepitaxial SiC могут быть выращены использующие и газовые и жидкие подходы фазы. Чистый кремниевый карбид может также быть подготовлен тепловым разложением полимера, poly (methylsilyne), под инертной атмосферой при низких температурах.

Относительно процесса CVD метод пиролиза выгоден, потому что полимер может быть сформирован в различные формы до термализации в керамику.

Структура и свойства

Кремниевый карбид существует приблизительно в 250 прозрачных формах. Полиморфизм SiC характеризуется большой семьей подобных прозрачных структур, названных политипами. Они — изменения того же самого химического соединения, которые идентичны в двух размерах и отличаются по третьему. Таким образом они могут быть рассмотрены как слои, сложенные в определенной последовательности.

Альфа-карбид кремния (α-SiC) является полиморфом, с которым обычно сталкиваются; это сформировано при температурах, больше, чем 1700 °C, и имеет шестиугольную кристаллическую структуру (подобный Wurtzite).

Бета модификация (β-SiC), с цинковой кристаллической структурой сфалерита (подобный алмазу), сформирована при температурах ниже 1700 °C.

До недавнего времени у бета формы было относительно небольшое количество коммерческого использования, хотя есть теперь возрастающий интерес к его использованию в качестве поддержки разнородных катализаторов вследствие его более высокой площади поверхности по сравнению с альфа-формой.

Чистый SiC бесцветен. Коричневый к черному цвету промышленного изделия следует из железных примесей. Подобный радуге блеск кристаллов вызван слоем пассивирования кремниевого диоксида, который формируется на поверхности.

Высокая температура возвышения SiC (приблизительно 2 700 °C) делает его полезным для частей печи и подшипников. Кремниевый карбид не тает ни при каком известном давлении. Это также очень инертно химически.

В настоящее время есть много интереса к его использованию в качестве материала полупроводника в электронике, где его высокая теплопроводность, высокая электрическая прочность электрического поля и высокая максимальная плотность тока делают его более многообещающим, чем кремний для мощных устройств.

У SiC также есть очень низкий коэффициент теплового расширения (4.0 × 10/K) и события никакие переходы фазы, которые вызвали бы неоднородности в тепловом расширении.

Электрическая проводимость

Кремниевый карбид — полупроводник, который может быть легированным n-типом азотом или фосфором и p-типом алюминием, бором, галлием или бериллием. Металлическая проводимость была достигнута тяжелым допингом с бором, алюминием или азотом. Сверхпроводимость была обнаружена в 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B и 6-я-SiC:B при той же самой температуре 1.5 K.

Решающее различие, однако, наблюдается для поведения магнитного поля между допингом алюминия и бора: SiC:Al — тип-II, то же самое как Si:B. Наоборот, SiC:B — тип-I. В попытке объяснить это различие, было отмечено, что сайты Сайа более важны, чем углеродные места для сверхпроводимости в SiC. Принимая во внимание, что углерод замен бора в SiC, Эл заменяет сайтами Сайа.

Поэтому, Эл и B «видят» различную окружающую среду, которая могла бы объяснить различные свойства SiC:Al и SiC:B.

Использование

Абразивные и режущие инструменты

В искусствах кремниевый карбид — популярный абразив в современном резчике по камню из-за длительности и низкой стоимости материала. В производстве это используется для его твердости в абразивных процессах механической обработки, таких как размол, затачивание, гидроабразивная резка и пескоструйная обработка. Частицы кремниевого карбида слоистые бумаге, чтобы создать наждачные бумаги и ленту власти на скейтбордах.

Источник: http://ru.knowledgr.com/00157320/%D0%9A%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B9%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%B4

Карбид кремния (карборунд): что это такое? — Юмэкс

Карбид кремния (карборунд) является синтетическим заменителем редчайшего минерала муассанита, который в природе встречается лишь в месторождениях корунда и кимберлита, а еще реже — в составе метеоритов, попавших на Землю из космоса. Натуральный муассанит обнаружен в больших количествах лишь в насыщенных углеродом пылевых облаках около звезд.

Карборунд: внешний вид и свойства

Будучи синтетическим, карбид кремния перенимает свойства природного муассанита. При этом его гораздо легче получить. Неорганическое бинарное углеродное соединение образует кристаллы, схожие внешне с антрацитом, но обладающие радужными переливами. Обычно кристаллы бесцветны и блестят, но технический карборунд порой приобретает различные цветовые оттенки из-за присутствия железных примесей.

Природный муассанит интересен своими уникальными свойствами. Он обладает поразительной, близкой к алмазу, твердостью, является инертным (не вступает в химические реакции с большинством кислот), выдерживает нагревание до 1500°С и воздействие радиации. Помимо этого, муассанит механически прочен и стабилен по части физических свойств. Редкость не позволяет использовать его полезные качества в промышленности, поэтому был создан синтетический аналог с теми же качествами.

Купить карбид кремния намного проще, чем муассанит. Его стоимость также ниже, что значительно повышает доступность.

Применение карбида кремния

Карборунд используется при производстве полупроводниковой продукции, поскольку имеет высокую теплопроводность и плотность электротока. Его твердость делает из карбида кремния отличный абразив, который применяют для шлифовки, пескоструйной обработки, хонингования.

Карбид кремния можно встретить:

  • в ювелирных цехах;
  • в строительстве;
  • в ядерной энергетике;
  • в оборонной промышленности (в частности, для изготовления бронежилетов);
  • в автомобилестроении (для дисковых прочных тормозных систем);
  • в изготовлении мощной оптики и высокотемпературных печей;
  • и так далее.

Работникам, контактирующим с карборундом, не обойтись без средств индивидуальной защиты, ведь искусственному минералу присвоен 4-й класс опасности. При контакте он способен нанести вред здоровью человека.

При соблюдении техники безопасности карбид кремния становится ключевым компонентом многих высокотехнологичных изделий. Объемы применения карборунда растут с каждым годом вместе с развитием промышленности в Российской Федерации и во всем мире.

Заказать услугу

Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.

Источник: https://www.umeks.ru/articles/karbid-kremniya-karborund-chto-eto-takoe-/

Открытие и начало производства[ | ]

Повторение эксперимента Г. Д. Раунда

О ранних, не систематических и часто непризнанных синтезах карбида кремния сообщали Деспретз (1849), Марсден (1880) и Колсон (1882 год)[4]. Широкомасштабное производство начал Эдвард Гудрич Ачесон в 1893.

Он запатентовал метод получения порошкообразного карбида кремния 28 февраля 1893[5]. Ачесон также разработал электрическую печь, в которой карбид кремния создаётся до сих пор.

Он основал компанию The Carborundum Company для производства порошкообразного вещества, которое первоначально использовалось в качестве абразива[6].

Исторически первым способом использования карбида кремния было использование в качестве абразива. За этим последовало применение и в электронных устройствах.В начале XX века карбид кремния использовался в качестве детектора в первых радиоприемниках[7].В 1907 году Генри Джозеф Раунд создал первый светодиод, подавая напряжение на кристаллы SiC и наблюдая за жёлтым, зелёным и оранжевым излучением на катоде. Эти эксперименты были повторены О. В. Лосевым в СССР в 1923 году[8].

Формы нахождения в природе[ | ]

Монокристалл муассанита (~1 мм в размере)

Природный карбид кремния — муассанит можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых типах метеоритов и в месторождениях корунда и кимберлита. Практически любой карбид кремния, продаваемый в мире, в том числе и в виде муассанитового украшения, является синтетическим.

Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году в виде небольших шестиугольных пластинчатых включений в метеорите Каньон Диабло в Аризоне Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого и был назван минерал в 1905 году[9].

Исследование Муассана о естественном происхождении карбида кремния было изначально спорным, потому что его образец мог быть загрязнён крошкой карбида кремния от пилы (в то время пилы уже содержали данное вещество)[10].

Хоть карбид кремния и является редким веществом на Земле, он широко распространён в космосе. Это вещество встречается в пылевых облаках вокруг богатых углеродом звёзд, также его много в первозданных, не подвергшихся изменениям, метеоритах (почти исключительно в форме бета-).

Анализ зёрен карбида кремния, найденных в углеродистом хондритовом метеорите Мёрчисон, показал аномальное изотопное соотношение углерода и кремния, что указывает на происхождение данного вещества за пределами Солнечной системы: 99 % зёрен SiC образовалось около богатых углеродом звёзд, принадлежащих к асимптотической ветви гигантов[11].

Карбид кремния можно часто обнаружить вокруг таких звёзд по их ИК-спектрам[12].

Производство[ | ]

Из-за редкости нахождения в природе муассанита карбид кремния, как правило, имеет искусственное происхождение. Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1600—2500 °C:

S i O 2 + 3 C → 1600 − 2500 o C S i C + 2 C O {\displaystyle {\mathsf {SiO_{2}+3C{\xrightarrow {1600-2500{o}C}}SiC+2CO}}} Синтетические кристаллы SiC ~ 3 мм в диаметре

Чистота карбида кремния, образующегося в печи Ачесона, зависит от расстояния до графитового резистора в ТЭНе.

Кристаллы высокой чистоты бесцветного, бледно-жёлтого и зелёного цвета находятся ближе всего к резистору.На большем расстоянии от резистора цвет изменяется на синий или чёрный из-за примесей.Загрязнителями чаще всего являются азот и алюминий, они влияют на электропроводность полученного материала[13].

Кристаллы карбида кремния, полученные благодаря [en]

Чистый карбид кремния можно получить с помощью так называемого [en][14], в котором порошкообразный SiC возгоняется в атмосфере аргона при 2500 °C и осаждается на более холодной подложке в виде чешуйчатых монокристаллов размерами до 2×2 см.

Этот процесс дает высококачественные монокристаллы, получающиеся из-за быстрого нагрева до высоких температур и в основном состоящие из 6H-SiC фазы. Улучшенный процесс Лели при участии индукционного нагрева в графитовых тиглях дает ещё большие монокристаллы до 10 см в диаметре[15].

Кубический SiC, как правило, выращивается с помощью более дорогостоящего процесса — химического осаждения паров[13][16].

Чистый карбид кремния также может быть получен путём термического разложения полимера (SiCH3)n, в атмосфере инертного газа при низких температурах.Относительно CVD-процесса метод пиролиза более удобен, поскольку из полимера можно сформировать изделие любой формы перед запеканием в керамику[17][18][19][20].

Структура и свойства[ | ]

  • Структуры основных политипов SiC

Известно примерно 250 кристаллических форм карбида кремния[21].Полиморфизм SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами.Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем.Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определённой последовательности[22].

Альфа-карбид кремния (α-SiC) является наиболее часто встречающимся полиморфом.Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.

Бета-модификация (β-SiC), с кристаллической структурой типа цинковой обманки (аналог структуры алмаза), образуется при температурах ниже 1700 °C[23].

До недавнего времени бета-форма имела сравнительно небольшое коммерческое использование, однако в настоящее время в связи с использованием его в качестве гетерогенных катализаторов интерес к ней увеличивается.

Нагревание бета-формы до температур свыше 1700°С способно приводить к постепенному переходу кубической бета-формы в гексагональную (2Н, 4Н, 6Н, 8Н) и ромбичекую (15R).[24] При повышении температуры и времени процесса все образующиеся формы переходят в конечном итоге в гексагональный альфа-политип 6Н.[25]

Свойства основных политипов карбида кремния[26][27] Политип3C (β)4H6H (α)Кристаллическая структура Пространственная группа Символ Пирсона Постоянные решётки (Å)
Цинковая обманка (кубич.) Гексагональная Гексагональная
T d 2 − F 43 m {\displaystyle {\mathsf {T_{d}{2}-F43m}}} C 6 v 4 − P 6 3 m c {\displaystyle {\mathsf {C_{6v}{4}-P6_{3}mc}}} C 6 v 4 − P 6 3 m c {\displaystyle {\mathsf {C_{6v}{4}-P6_{3}mc}}}
c F 8 {\displaystyle {\mathsf {cF8}}} h P 8 {\displaystyle {\mathsf {hP8}}} h P 12 {\displaystyle {\mathsf {hP12}}}
4.3596 {\displaystyle 4.3596} 3.0730 ; 10.053 {\displaystyle 3.0730;10.053}

Источник: https://encyclopaedia.bid/%D0%B2%D0%B8%D0%BA%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D1%8F/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B1%D0%B8%D0%B4_%D0%BA%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Источник: https://kamnistar.com/iskusstvennye/karborund/

Свойства карбида кремния SiC

Свойства карбида кремния SiC

Теплофизические свойства спеченного мелкозернистого карбида кремния

Теплофизические свойства спеченного мелкозернистого карбида кремния

В таблице даны теплофизические свойства спеченного порошка карбида кремния в исходном состоянии. Даны следующие свойства карбида кремния: плотность, удельная теплоемкость, теплопроводность, удельное электрическое сопротивление, коэффициент температурного линейного расширения (КТР). Свойства карбида кремния в таблице указаны в зависимости от температуры в диапазоне от 200 до 2500 К.

Плотность спеченного карбида кремния равна 3200 кг/м3 при комнатной температуре. По мере повышения температуры плотность карбида кремния снижается. Плотность α- и β-модификаций SiC составляет величину 31203230 кг/м3. Превращение кубической модификации β-SiC в гексагональную α-SiC происходит, по различным данным, при температурах от 2100 до 2500 К.

Карбид кремния при температурах более 2000 К размягчается, а в области температур 24003000 К разлагается. Твердость этого вещества по шкале Мооса от 9,15 до 9,5. Микротвердость находится в диапазоне от 3000 до 3200 кгс/мм2. Предел прочности карбида кремния при растяжении равен 34,8 кгс/мм2 при 1100 К и 37,6 кгс/мм2 при 300 К.

Кристаллический SiC при температуре 200 К под нагрузкой 3,5 кгс/мм2 не диффундирует в течение 50 часов. Предел прочности SiC на изгиб равен 19,2 кгс/мм2 при температуре 1600 К.

При нагревании карбида кремния значения таких его свойств, как теплоемкость и КТР увеличиваются, а удельное электрическое сопротивление, плотность и теплопроводность снижаются. Теплопроводность карбида кремния достаточно высока — она даже больше теплопроводности нержавеющих сталей, но меньше теплопроводности некоторых карбидов металлов.

Теплопроводность пенокарбида кремния различной плотности

Теплопроводность пенокарбида кремния различной плотности

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности (в Вт/(м·град)) пенокарбида кремния различной плотности в атмосфере аргона и в вакууме (до 10-3 мм. рт. ст.). Теплопроводность пенокарбида кремния указана при температуре от 1200 до 2000 К для плотностей 1280, 1050, 880 и 550 кг/м3.

По данным таблицы видно, что с уменьшением плотности пенокарбида кремния, его теплопроводность снижается. Теплопроводность этого пенокарбида с наполнением пор в атмосфере аргона (с давлением до 2 атмосфер) в основном имеет большую величину, чем в вакууме. Однако, более плотный пенокарбид имеет свойство быть значительно теплопроводным в вакууме, чем в атмосфере газа аргона.

Следует отметить, что с ростом температуры пенокарбида кремния, его теплопроводность снижается.

Источник: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/keramika-i-steklo/svojstva-karbida-kremniya-sic

Карборунд — карбид кремния

Карборунд — карбид кремния

Карборунд (карбид кремния) представляет собой плотный материал разной степени прозрачности, полученный в результате соединения песка с углём путём плавления. Экземпляры чёрного цвета по внешнему виду напоминают антрацит, но существуют и другие оттенки. При ярком свете минерал переливается радужными красками, образуя на поверхности разнообразные узоры.

Минерал — Карборунд

Благодаря многочисленным полезным свойствам, карборунд применяют не только в ювелирной промышленности, но и в электронике, сталеварении и др. К тому же, минерал обладает магическим и лечебным действием.

История и происхождение

История и происхождение

Карборунд научились получать синтетическим способом ещё с середины XIX века, но запатентовали только в 1893 году. До 2016 года производителем искусственного камня были США, сегодня же основным поставщиком его на мировой рынок признан Китай. В настоящее время выпускается порядка 250 модификаций карборунда разных цветов и оттенков. Камни, которые используются в ювелирной промышленности, покрывают специальной плёнкой, позволяющей выглядеть кристаллу сродни настоящему бриллианту.

В природе этот кристалл распространён в очень малом количестве, поэтому найти крупные залежи практически невозможно.

Важно! Процесс получения фабричного камня происходит на новейшем технологичном оборудовании, где специалисты тщательно контролируют его стадию роста. Это позволяет получить практически идеальный минерал (без возможных изъянов).

Месторождения

Месторождения

Натуральный кристалл крайне редко встречается в природе, поэтому его крупных месторождений не найдено. Лишь в единичном виде можно отыскать Карборунд (мелкие камешки грязновато-коричневого цвета). Поэтому налажено искусственное производство его аналогов.

Кристалл

Физико-химические свойства камня

Физико-химические свойства камня

Химическая формула: SiC

Состояние: кристаллы, друзы или кристаллические порошки от прозрачного белого, жёлтого, зелёного или тёмно-синего до чёрного цветов, в зависимости от чистоты, дисперсности, аллотропных и политипных модификаций.

Температура плавления: 2830°C

Карбид кремния:

  • Плотность 3,05 г/см³
  • Состав 93 % карбида кремния
  • Предел прочности на изгиб 320350 МПа
  • Предел прочности на сжатие 2300 МПа
  • Модуль упругости 380 ГПа
  • Твердость 8792 HRC
  • Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,54,0 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2

Самосвязанный карбид кремния:

  • Плотность 3,1 г/см³
  • Состав 99 % карбида кремния
  • Предел прочности на изгиб 350—450 МПа
  • Предел прочности на сжатие 2500 МПа
  • Модуль упругости 390—420 ГПа
  • Твердость 9095 HRC
  • Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,84 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2

ВК6ОМ:

  • Плотность 14,8 г/см³
  • Состав Карбид вольфрама
  • Предел прочности на изгиб 17001900 МПа
  • Предел прочности на сжатие 3500 МПа
  • Модуль упругости 550 ГПа
  • Твердость 90 HRA
  • Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 7585 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 1015 МПа·м1/2

Силицированный графит СГ-Т:

  • Плотность 2,6 г/см³
  • Состав 50 % карбида кремния
  • Предел прочности на изгиб 90110 МПа
  • Предел прочности на сжатие 300320 МПа
  • Модуль упругости 95 ГПа
  • Твердость 5070 HRC
  • Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2,
  • Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100115 Вт/(м·К)
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К−1⋅10−6
  • Вязкость разрушения 34 МПа·м1/2

Разновидности и цвета

Разновидности и цвета

В лабораторных условиях получают 2 вида камня: зелёный и чёрный. При этом первый вариант содержит меньше примесей, но менее прочный, в отличие от чёрного. Чистый минерал полностью прозрачный и не имеет цвета, однако встречается он крайне редко.

Сферы применения

Сферы применения

Карборунд используется во многих областях промышленности, т. к. обладает высокой устойчивостью к разрушению и воздействию экстремальных температур. Вот основные сферы его применения:

  • В качестве конструкционного материала — из камня изготавливают тормоза для гоночных автомобилей, панели и плиты, элементы для военной техники, абразивные насадки и др.
  • В электронике — на основе карбида кремния изготавливают полупроводниковые приборы (тиристоры), сверхбыстрые диоды и пр.
  • В сталеварении — используется в качестве топлива для получения стали, а также в коррекции температурного режима при производстве металлических изделий.
  • В ядерной энергетике — из минерала изготавливают покрытие для элементов ядерного топлива, добавляют в состав шлифовальных паст и др.
  • В ювелирном деле — применяется в качестве муассанита (т. к. по внешнему виду напоминает алмаз), им украшают кольца, ожерелья, колье, браслеты, серьги, броши и т. д.

Интересный факт! Муассанит часто используют для имитации бриллианта, продавая покупателю изделия по стоимости дорогостоящего драгоценного камня (т. к. невооружённым глазом трудно отличить один от другого).

Лечебные свойства

Лечебные свойства

Помимо практического применения в разных сферах промышленности, минерал обладает лечебными свойствами. Вот некоторые из них:

  • Избавляет от фобий и затяжной депрессии.
  • Успокаивает нервы и улучшает сон.
  • Нормализует обмен веществ.
  • Улучшает состояние ЖКТ в случае гастрита или язвы.
  • Восстанавливает функции печени, избавляя от гепатита и цирроза начальной стадии.
  • При постоянном ношении устраняет головные и суставные боли.
  • Нормализует гормональный фон.
  • Улучшает кроветворение, и особенно полезен при анемии.
  • Укрепляет иммунитет.

Магические свойства

Магические свойства

Карборунд обладает следующими магическими свойствами:

  • Улучшает материальное благосостояние и притягивает деньги своему владельцу.
  • Помогает преодолеть страх на пути к цели, сметая все препятствия на пути.
  • Помогает своему владельцу обрести сексуальную притягательность для противоположного пола.
  • Улучшает память и интеллектуальные способности.
  • Защищает от внешнего негатива (порча, сглаз, проклятие).

Будьте осторожны! Постоянно носить при себе карборунд не рекомендуется, т. к. это чревато нервным возбуждением или бессонницей.

Стоимость камня

Стоимость камня

Карборунд имеет относительно невысокую стоимость, поэтому по карману каждому. Вот его примерные расценки (измеряются в российских рублях):

  • Необработанные самородки (кристаллы) — можно приобрести в пределах 1000 руб.
  • В качестве ювелирных украшений (подвески, кольца, колье, браслеты и др.) — 4000-15000.

Серьги из камня

Уход за украшениями

Уход за украшениями

Материал искусственного минерала достаточно устойчив к внешним повреждениям, воздействию высоких температур и кислот, поэтому ухаживать за ним легко и просто. Чтобы муассанит долго служил «верой и правдой», достаточно соблюдать 2 условия:

  1. Хранить камень в шкатулке (можно в «компании» других украшений).
  2. По мере необходимости чистить любыми моющими средствами, за исключением абразивов (т. к. может пострадать микроплёнка, нанесённая на поверхность камня).

Как носить

Как носить

Носить минерал можно в жаркую, холодную, сухую и влажную погоду (в т. ч. надевать на пляж). Карборунд или муассанит отлично сочетается с одеждой в стиле «Кэжуал», а также со строгими классическими костюмами и вечерними нарядами.

Изделия с муассанитом надевают как на обычную прогулку, так и на развлекательные мероприятия, включая поход в театр или ресторан.

Как отличить от подделки

Как отличить от подделки

Отличить камень от подделки достаточно просто: карборунд или муассанит невозможно просто так разбить или повредить любым механическим способом, в отличие от стекла и других имитирующих материалов. Его способен поцарапать только натуральный алмаз.

Совместимость со знаками зодиака

Совместимость со знаками зодиака

(«+++» — камень подходит идеально, «+» — можно носить, «-» — категорически противопоказан):

Знак зодиакаСовместимость
Овен +++
Телец +
Близнецы +++
Рак +
Лев +++
Дева +
Весы +++
Скорпион +
Стрелец +++
Козерог +
Водолей +++
Рыбы +

Минерал подходит всем знакам зодиака без исключения. Но наибольшую пользу он принесёт людям стихии Огня (Львы, Стрельцы, Овны) и Воздуха (Водолеи, Близнецы, Весы).

Вам подходит этот камень?

Источник: https://ogems.ru/podelochnye/karborund

Карбид кремния: кристаллическая решектка, формула, применение — Токарь

Карбид кремния: кристаллическая решектка, формула, применение — Токарь

17.12.2019

Карбид кремния – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл. Отличается высокой твердостью, термостойкостью, химической и радиационной стойкостью.

  • Карбид кремния
  • Свойства карбида кремния
  • Применение карбида кремния
  • Инновации на основе применения карбида кремния

Карбид кремния:

Карбид кремния:

  1. Карбид кремния (карборунд) – бинарное неорганическое соединение кремния с углеродом (SiC), бесцветный кристалл.
  2. По твердости карбид кремния лишь немного уступает алмазу и нитриду бора.
  3. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала – муассанита.

Свойства карбида кремния:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электропривод
Обапол что это такое

Закрыть