El carburo de silicio del () es un compuesto del silicio y del carbón que es manufacturado en un gran escala para el uso principalmente como abrasivo y en la cerámica pero también ocurre en naturaleza como el moissanite mineral extremadamente raro .
Producción
Debido a la rareza del moissanite natural, carburo de silicio es típicamente artificial. Se utiliza lo más a menudo posible como abrasivo donde es sabido a menudo por el carborundo de la marca registrada, y más recientemente como un semiconductor y simulador del diamante de la calidad de la gema. El proceso de fabricación más simple es combinar la arena de la silicona y el carbón en un horno de resistencia eléctrica del grafito de Acheson en una temperatura alta, entre 1600 y 2500 °C.El material formó en el horno de Acheson varía en pureza, según su distancia de la fuente de calor del resistor del grafito . Los cristales claros, amarillo claro y verdes tienen la pureza más elevada y se encuentran el más cercano al resistor. Los cambios del color a azul y a negro en mayor distancia del resistor, y estos cristales más oscuros son menos puros y dopados generalmente con el nitrógeno, que aumenta la conductividad eléctrica de estas muestras, y con el aluminio y/o el hierro, que disminuyen conductividad.
Un carburo de silicio más puro se puede hacer por el proceso más costoso de la deposición de vapor químico (CVD). El carburo de silicio grande comercial del solo cristal se crece usar un método físico del transporte del vapor conocido comúnmente como método modificado de Lely.
Un carburo de silicio más puro se puede también preparar por la descomposición termal de un polímero, (methylsilyne) polivinílico, bajo atmósfera inerte en las bajas temperaturas. Concerniente al proceso del CVD, el método de la pirolisis es ventajoso porque el polímero se puede formar en varias formas antes de la termalización en el de cerámica.
Descubrimiento
El material fue fabricado por el Edward Goodrich Acheson alrededor de 1893, y él no sólo desarrolló el horno eléctrico de la hornada por el cual el SiC todavía se hace hoy pero también creó el Carborundum Company para fabricarlo en bulto, inicialmente para el uso como abrasivo. En 1900 la compañía colocó con el Electric Smelting y Aluminum Company cuando una decisión de los jueces dio el " broadly" de la prioridad; a su " de los fundadores; para reducir los minerales y otras sustancias por el method" incandescente;. Se dice que Acheson intentaba disolver el carbón en el corindón fundido (alúmina ) y descubrió la presencia de cristales duros, blue-black que él creyó ser un compuesto del carbón y del corindón: por lo tanto carborundo. O, él nombró el " material; carborundum" por analogía al corindón, que es otra sustancia muy dura (9 en la escala de Mohs ).
En naturaleza
El moissanite natural se encuentra solamente en cantidades minuciosas en ciertos tipos de meteorito y en los depósitos y la kimberlita del corindón . Virtualmente todo el carburo de silicio vendido en el mundo, incluyendo moissanite jewels, es el sintético. El moissanite natural primero fue encontrado en el 1893 como pequeño componente del meteorito de Diablo de la barranca en el Arizona por el Dr. Fernando Enrique Moissan, después de que el material fue nombrado en el 1905 . El descubrimiento de Moissan del SiC natural fue disputado inicialmente porque su muestra se pudo haber contaminado por el del carburo de silicio vio las láminas que estaban ya en el mercado en aquel momento.El análisis de los granos del SiC encontrados en el meteorito carbonoso del chondrite de Murchison ha revelado los cocientes isotópicos anómalos del carbón y del silicio, indicando un origen fuera de la Sistema Solar. De hecho los 99% de estos granos del SiC originan alrededor de las estrellas gigantes asintóticas de la rama carbón-rico. El SiC se encuentra comúnmente alrededor de estas estrellas según lo deducido de sus espectros infrarrojos.
Características
El carburo de silicio existe en por lo menos 70 formas cristalinas. El carburo de silicio alfa (α-SiC) es el organismo polimorfo lo más comúnmente posible encontrado ; se forma en el °C de 2000 de las temperaturas mayor y tiene una estructura cristalina hexagonal (similar a la wurzita ). La modificación beta (β-SiC), con una estructura cristalina cúbica Face-centered (similar al diamante y Zincblende o la esfalerita ), se forma en las temperaturas debajo del °C 2000 y se demuestra en la estructura en la tapa de la página. Hasta hace poco tiempo, la forma beta ha tenido relativamente pocas aplicaciones del anuncio publicitario, aunque ahora esté aumentando interés en su uso como ayuda para los catalizadores heterogéneos, debido a su superficie más alta comparada a la forma alfa.El carburo de silicio tiene una gravedad específica de 3.2, y su alta temperatura de la sublimación (el °C) aproximadamente 2700 hace útil para los cojinetes y las piezas del horno. El carburo de silicio no derrite en ninguna presión sabida. Es también alto inerte químicamente. Hay actual mucho interés en su uso como material del semiconductor en la electrónica, donde su conductividad termal del alto, la alta fuerza de la avería del campo eléctrico y la densidad actual del alto máximo hacen más prometedor que el silicio para los dispositivos de alta potencia. Además, tiene acoplador fuerte a la radiación de la microonda, que junto con su punto de fusión elevada, uso práctico de los permisos en la calefacción y metales del bastidor. El SiC también tiene un coeficiente muy bajo de la extensión termal y no experimenta ninguna transición de fase que causaría discontinuidades en la extensión termal.
El SiC puro está claro. El marrón para ennegrecer color del producto industrial resulta de impurezas del hierro . Arco iris-como el lustre de los cristales es causado por una capa de la estabilización del dióxido de silicio ese las formas en la superficie.
Aplicaciones
Semiconductor
El α-SiC puro es un semiconductor intrínseco con los boquetes de venda el eV 3.03 (6H) respectivamente.El uso eléctrico más temprano del SiC estaba posiblemente en los pararrayos en sistemas eléctricos eléctricos. Estos dispositivos deben exhibir la alta resistencia hasta que el voltaje a través de ellos los alcances cierto umbral VT, en cuyo punto su resistencia debe caer a un nivel inferior y mantiene esto hasta las caídas de voltaje aplicadas debajo de VT.
Fue reconocido a principios de que el SiC tenía una resistencia tandependiente, y así que las columnas de las pelotillas del SiC fueron conectadas entre las líneas eléctricas de alto voltaje y la tierra. Cuando una huelga de relámpago a la línea levanta la línea voltaje suficientemente, la columna del SiC conducirá, permitiendo el peor del movimiento pasar inofensivo a la tierra en vez a lo largo de la línea eléctrica. Desafortunadamente, tales columnas del SiC demostradas conducir perceptiblemente en los voltajes de funcionamiento normales de la línea eléctrica y así tuvieron que ser el puesto en serie con un boquete de chispa . Este boquete de chispa es ionizado y hecho conductor cuando el relámpago levanta el voltaje del conductor de la línea eléctrica, así con eficacia conectando la columna del SiC entre el conductor de la energía y la tierra, donde entonces funciona como antes.
El apuro aquí es que los boquetes de chispa usados en pararrayos son notorio no fiables: ellos cualquier fall para pegar un arco cuando es necesario o fall a apagar luego: este último es debido a la falta o a la contaminación material por el polvo o la sal. De hecho, la idea entera de usar la columna del SiC era eliminar la necesidad del boquete de chispa en un pararrayos.
Pero con una cierta ingeniería intensiva, el pararrayos abierto del SiC demostró ser una herramienta razonablemente buena de la relámpago-protección durante muchos años. Había varias marcas de fábrica; El GE y el Westinghouse las hicieron, entre otros. Los pararrayos abiertos del SiC han sido desplazados en gran parte por los varistores del ninguno-boquete que utilizan columnas de las pelotillas del óxido de cinc .
El carburo de silicio se utiliza para el azul LED los MOSFETs ultrarrápidos, de alto voltaje de de Schottky de los diodos y los tiristores des alta temperatura para la conmutación del poder más elevado. Un papel famoso de Jayan Baliga demuestra el potencial enorme del SiC como material del dispositivo de energía. Sin embargo, algunos problemas con el interfaz del SiC con el dióxido de silicio han obstaculizado el desarrollo del MOSFET basado SiC de la energía y de IGBTs. La investigación extensa se está encendiendo solucionar el problema. Debido a su conductividad termal, SiC del alto también se utiliza como substrato para otros materiales del semiconductor tales como nitruro del galio. Debido a su boquete de venda amplio, las piezas SiC-basadas son capaces del funcionamiento en la temperatura alta (sobre el °C) 350, que junto con conductividad termal del buen del SiC reduce problemas con el enfriamiento de las piezas de la energía. También poseen tolerancia creciente al daño de radiación, haciéndole un material deseado para la defensa y los usos aeroespaciales. Su competidor principal es el nitruro del galio. Aunque el diamante tenga un boquete de venda incluso más alto, los dispositivos SiC-basados son más fáciles fabricar debido al hecho de que es más conveniente crecer una capa de aislamiento del dióxido de silicio en la superficie de una oblea del carburo de silicio que él están con el diamante.
El SiC puro es un conductor eléctrico pobre. La adición de los dopantes convenientes realza perceptiblemente su conductividad. Típicamente, tal material tiene un coeficiente de temperatura negativo entre la temperatura ambiente y el °C cerca de 900, y coeficiente de temperatura positivo en temperaturas más altas, haciéndole el material conveniente para los elementos de calefacción des alta temperatura
El carburo de silicio también se utiliza como detector ultravioleta . El Nikola Tesla, alrededor de la vuelta del vigésimo siglo, realizó una variedad de experimentos con carborundo. El Electroluminescence del carburo de silicio fue observado por el Henry José redondo del capitán en el 1907 y por el O. Losev en el Unión Soviética en el 1923 .
Material estructural
En los años 80 y los años 90, el carburo de silicio fue estudiado en varios programas de investigación para las turbinas de gas das alta temperatura en el Estados Unidos, el Japón, y el Europa . Los componentes fueron pensados para substituir las láminas de la turbina de la superaleación del níquel o las paletas del inyector. Sin embargo, ningunos de estos proyectos dieron lugar a una cantidad de la producción, principalmente debido a su resistencia de impacto baja y su dureza baja de la fractura.
Astronomía
La dureza y la rigidez del carburo de silicio le hacen un material deseable del espejo para el trabajo astronómico, aunque sus características también hagan la fabricación y el diseño de tales espejos absolutamente difíciles.Mientras que es raro en la tierra, carburo de silicio es notable común en espacio. Es una forma común de stardust encontrada alrededor de las estrellas carbón-ricas, y los ejemplos de este stardust se han encontrado en condiciones prístinas en el primitivo (meteoritos inalterados). El carburo de silicio encontrado en espacio y en meteoritos es casi exclusivamente el beta-organismo polimorfo.
El carburo de silicio puede ser un componente importante de las capas de los planetas hasta ahora hipotéticos del carbón
Arena
El carburo de silicio es un popular abrasivo en el moderno lapidario debido al durablility y al bajo costo del material. También se utiliza en grueso al fino Sandpapers de la arena y mientras que anda en monopatín una cinta del apretón en
Freno de disco
el carbón-carbón Silicio-infiltrado compuesto se utiliza para los discos del freno del alto rendimiento pues puede soportar temperaturas extremas. El silicio reacciona con el grafito en el compuesto del carbón-carbón para convertirse en carburo de silicio. Estos discos se utilizan en los coches de algunos deportes, incluyendo el Porsche Carrera GT .
Embrague
Porsche Carrera GT
Filtro de partículas diesel
El carburo de silicio se utiliza en una forma sinterizada para los filtros diesel de la macropartícula
Filamento fino pyrometry
Las fibras del carburo de silicio se utilizan para medir temperaturas del gas en una técnica de diagnóstico llamada el filamento fino pyrometry.
Membrana de cerámica
El carburo de silicio se utiliza para producir las membranas de cerámica para los procesos industriales, rindiendo los altos flujos debido al proceso de la sinterización.
Herramientas de corte
En 1982 en los laboratorios nacionales de la Oak Ridge, el George Wei, el Terry Tiegs, y el Paul Becher descubrieron un compuesto del óxido de aluminio y de las barbas del carburo de silicio. Este material demostró ser excepcionalmente fuerte. El desarrollo de este compuesto producido en laboratorio a un producto comercial tardó solamente tres años. En 1985, las primeras herramientas de corte comerciales hechas de este compuesto barba-reforzado del carburo del alúmina y de silicio fueron introducidas por los materiales compuestos avanzados Corporation (ACMC) y Greenleaf Corporation.
Elemento de calefacción
Las referencias a los elementos de calefacción del carburo de silicio existen a partir del siglo a principios de siglo 20 en que fueron producidas por Carborundum Co. El carburo de silicio ofreció las temperaturas de funcionamiento crecientes comparadas con los calentadores metálicos, aunque la temperatura de funcionamiento fuera limitada inicialmente por los terminales refrigerados por agua, que trajeron la corriente eléctrica a la zona caliente del carburo de silicio. Los terminales no fueron atados a la zona caliente, sino fueron llevados a cabo in place al lado de los pesos, o de los resortes. La temperatura y la eficacia de funcionamiento fueron aumentadas más adelante en el uso del " bajo separado del carburo de silicio de la resistencia; ends" frío;, generalmente de un diámetro más grande que la zona caliente, pero todavía sostenido en el lugar solamente por la presión mecánica. El desarrollo de las técnicas de la reacción-vinculación llevó a la introducción de elementos articulados. Inicialmente, estos extremos fríos ofrecidos de un diámetro más grande, pero por los años 40, los elementos iguales del diámetro eran producidos. A partir de los años 60 hacia adelante, los elementos de una sola pieza fueron producidos, con los extremos fríos creados llenando el volumen del poro de una aleación del silicio. Otra técnica de una sola pieza es cortar una ranura espiral en un tubo homogéneo donde se desea la sección caliente. Otros progresos han incluido la producción de elementos de la multi-pierna, donde dos o más piernas se ensamblan a un puente común, y la producción de elementos de alta densidad, reacción-consolidados, que proporcionan resistencia adicional a la oxidación y al ataque químico. Los elementos del carburo de silicio se utilizan hoy en la fusión de metales y los vidrios no ferrosos, el tratamiento térmico de metales, producción del vidrio de flotador, producción de cerámica y de componentes de la electrónica, etc.
Combustible nuclear
El carburo de silicio es de uso frecuente como capa de la capa TRISO para los elementos del combustible nuclear de los reactores enfriados por gas des alta temperatura o de los reactores muy des alta temperatura tal como el reactor de la cama de guijarro.
Joyería
Como piedra preciosa usada en la joyería, el carburo de silicio se llama Moissanite después del Dr. Enrique Moissan del descubridor de la joya. Moissanite es similar al diamante en varios respectos importantes: ¡es transparente y difícilmente (9, aunque una patente indique 8.0, número usado en la referencia, aunque puede no estar correcta según la escala de Moh--> - en la escala de Mohs comparó a 10 para el diamante), con un índice de refracción entre 2. Moissanite es algo más duro que el zirconia cúbico común. Desemejante del diamante, Moissanite es fuerte el birrefringente. Esta calidad es deseable en algunos usos ópticos, pero no en piedras preciosas. Por esta razón, las joyas de Moissanite se cortan a lo largo del eje óptico del cristal para reducir al mínimo efectos birrefringentes. Es más ligero (la densidad 3.56), y mucho más resistente al calor. Esto da lugar a una piedra de un lustre más alto, de facetas más agudas y de la buena resistencia. Las piedras flojas del moissanite se pueden colocar directo en moldes del anillo; desemejante del diamante, que quema en el °C 800, el moissanite sigue siendo indemne por temperaturas hasta dos veces el punto de fusión de 900 °C del oro 18k .Moissanite ha llegado a ser popular como substituto del diamante, y se puede interpretar mal como diamante, desde su que la conductividad termal es mucha más cercano a el del diamante que cualquier otro substituto del diamante. Puede ser distinguido de diamante por su birrefringencia y una fluorescencia verde, amarilla, o gris muy leve bajo luz ultravioleta.
Acero
El carburo de silicio disolvió en un que el horno básico del oxígeno usado para hacer el acero actúa como combustible y que proporciona la energía que aumenta el desecho al cociente de fundición. Puede también ser utilizado para levantar temperaturas del golpecito y para ajustar el contenido de carbón.
el carburo de silicio del 90% es utilizado por la industria de acero como Deoxidizer de la cucharón, una fuente del silicio y del carbón en la cucharón, un deoxidizer de la escoria del horno eléctrico, y como añadido sintético de la escoria. Según Miller y Company, cuesta menos que el ferrosilicón y la combinación del carbón, produce un acero más limpio debido a bajo de los oligoelementos que tiene un contenido de gas bajo, no baja la temperatura del acero, y tiene una fuente mundial abundante. El carburo de silicio usado como un añadido o combustible de acero viene como un producto granular en cualquier bulto y bolsos.
el carburo de silicio del 50% y del 65% se utiliza en la industria de acero para procesar el desecho del acero y del hierro. Proveído típicamente como el bloquea y hecho del desecho del crisol del carburo de silicio, ayuda a ampliar la fuente de fundición y levanta la temperatura del golpecito. Los bloques se hacen típicamente usar un bloque de cemento automatizado que hace la máquina, y utilizan el agua y el cemento de la piedra caliza como carpeta.
Armadura
Como alguna otra cerámica dura (a saber alúmina y el carburo del boro), el carburo de silicio se utiliza en la armadura compuesta (eg. Armadura de Chobham), y en las placas de cerámica en los chalecos a prueba de balas
Ayuda del catalizador
La resistencia natural a la oxidación exhibida por el carburo de silicio, así como el descubrimiento de nuevas maneras de sintetizar la forma beta más alta de la superficie, ha llevado al interés significativo en su uso como ayuda heterogénea del catalizador. La forma cúbica beta se ha empleado ya por varios años como ayuda del catalizador para la oxidación de los hidrocarburos C4, tales como n-butano, al anhídrido maleico.
En cultura popular
En serie de Barsoom de Burroughs arroz Edgardo ', " carborundum" se utiliza como material de construcción para las paredes de la ciudad.En el 2001: Una odisea del espacio y las series relacionadas de libros y de películas (por el Arturo C. Clarke y el Stanley Kubrick, entre otros) los monolitos (o por lo menos sus exteriores) fueron hechas del carburo de silicio
En el regimiento monstruoso nuevo del de Discworld : El carborundo es el nombre del duende que alista.
En el arrebatamiento de la película, un empleado de la tienda de empeño (solenoide) determina un diamante es realmente Moissanite, mucho a la consternación del ladrón (maÌn muchacho Lincoln) que robó el anillo.
El nombre del material es parte del " del retruécano; Del de Illegitimi " del carborundo no; (latín de perro para el " no dejar los bastardos molerle down"), que calcula en una canción de la lucha del balompié de la Universidad de Harvard entre otras cosas.
En el engranaje, Jeremy Clarkson de la tapa del programa de televisión de la BBC del anfitrión expresa el entusiasmo sobre la mención mera del carburo de silicio usada en los frenos y el embrague de la Porsche Carrera GT.
El carburo de silicio es el material usado para el trofeo nacional de las concesiones del diseño, concedido por el nacional del Fabricante de vinos-Hewitt, el museo del diseño diseñados por el Guillermo Drenttel y el Jessica Helfand y manufacturados por Norton Electronics.
Patentes y marcas registradas
Edward Goodrich Acheson (1856-1931) patentó el método para hacer el polvo del carburo de silicio el el 28 de febrero, 1893 . El el 19 de mayo, el 1896, también le publicaron una patente para un horno eléctrico usado para producir el carburo de silicio. El carborundo es una marca registrada de los abrasivos de Saint-Gobain .
Ver también
Simulador del diamante.Del de Illegitimi carborundo no, imitar-Latino usar el carborundo de la marca registrada como si fuera un gerundio latino del verbo .
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