Il materiale in carburo di silicio
Il carburo di silicio è una materia prima importante nelle industrie moderne. Ci sono applicazioni tra cui avanzato SiC ceramico, abrasivo, antiscivolo, semiconduttore , ecc. Vediamo come viene sviluppato.
Il rango atomico NO. di carbonio e silicio sono 6 e 14. Rispettivamente, sono nel secondo e terzo periodo degli elementi del gruppo carbonio nella tavola periodica. Questa relazione posizionale significa che hanno proprietà simili per alcuni aspetti.
Il carbonio è onnipresente nelle nostre vite e i composti contenenti carbonio sono la base materiale della vita. Il silicio è anche abbondante nella crosta terrestre, in particolare la sua applicazione nei semiconduttori e nelle comunicazioni moderne, che ha promosso lo sviluppo della civiltà umana.
Nel mondo della chimica, carbonio e silicio sono come fratelli della stessa famiglia. Hanno convissuto per miliardi di anni sulla terra, ma non hanno formato una forte amicizia di vita e di morte. Il minerale di carburo di silicio in natura è molto raro.
Nel 1824, lo scienziato svedese Jons Jakob Berzelius osservò l’esistenza del carburo di silicio (SiC) durante la sintesi del diamante, che aprì il preludio alla ricerca umana sui materiali in carburo di silicio. Fino al 1891, l’americano EG Acheson ricevette accidentalmente del carburo di silicio mentre stava facendo esperimenti con i diamanti fusi. A quel tempo, gli scienziati pensavano che il materiale fosse una miscela di diamanti. Così hanno chiamato smeriglio di carburo di silicio.
Nel 1893, Acheson sviluppò un metodo per la fusione industriale del carburo di silicio, che è spesso indicato come il forno Acheson, che è stato utilizzato oggi. Questo metodo è lo stesso del forno a resistenza con materiale carbonioso come corpo centrale e la miscela di quarzo SiO2 e carbonio viene riscaldata dall’elettricità per generare carburo di silicio.
Gli elementi C e Si, hanno unito le forze per rendere il carburo di silicio un materiale con molte eccellenti proprietà chimiche e fisiche:
inerzia chimica superiore
elevata durezza
molta forza
basso coefficiente di dilatazione termica
elevata conducibilità termica
tipo di semiconduttore
Il carburo di silicio puro è una specie di cristallo trasparente. Il carburo di silicio industriale è giallo pallido, verde, blu o addirittura nero a causa del tipo e del contenuto di impurità. Nel frattempo, la trasparenza varia con la sua purezza. La struttura cristallina del carburo di silicio è suddivisa in α-SiC esagonale o romboedrico e β-SiC cubico (carburo di silicio cubico). L’α-SiC costituisce molte varianti diverse a causa delle diverse strutture di impilamento di C e Si. Esistono più di 70 tipi di SiC.
L’applicazione comune del materiale in carburo di silicio è la ceramica in carburo di silicio. Ha le caratteristiche di elevata durezza, elevata resistenza alla corrosione e resistenza alle alte temperature. Oggi, l’applicazione del carburo di silicio si è sviluppata dai primi abrasivi a molti campi come cuscinetti, semiconduttori, aerospaziale e chimica. A causa dell’elevata superficie di contatto tra le sostanze chimiche e la parete interna del microcanale, il microreattore ha requisiti molto severi sul materiale della parete interna. Anche i reattori a microcanali sono diventati un’importante applicazione del carburo di silicio.