Карбид кремния

Производство

Синтетические кристаллы SiC диаметром ~ 3 мм

Поскольку природного муассанита крайне мало, большая часть карбида кремния является синтетической. Карбид кремния используется как абразив, а также как полупроводник и имитатор алмаза ювелирного качества. Самым простым способом производства карбида кремния является объединение кварцевого песка и углерода в графитовой электрической печи сопротивления Acheson при высокой температуре от 1600 ° C (2910 ° F) до 2500 ° C (4530 ° F). Мелкие частицы SiO 2 в растительном материале (например, рисовая шелуха) могут быть преобразованы в SiC путем нагревания избытка углерода из органического материала. Микрокремнезем , который является побочным продуктом производства металлического кремния и ферросилиция сплавов, также могут быть превращены в SiC путем нагревания с графитом при 1500 ° C (2730 ° F).

Материал, образующийся в печи Acheson, различается по чистоте в зависимости от расстояния до источника тепла графитового резистора . Бесцветные, бледно-желтые и зеленые кристаллы имеют самую высокую чистоту и находятся ближе всего к резистору. Цвет меняется на синий и черный на большем расстоянии от резистора, и эти более темные кристаллы менее чистые. Азот и алюминий являются обычными примесями, и они влияют на электропроводность SiC.

Синтетические кристаллы SiC Lely

Чистый карбид кремния может быть получен с помощью процесса Lely , в котором порошок SiC сублимируется до высокотемпературных разновидностей кремния, углерода, дикарбида кремния (SiC 2 ) и карбида кремния (Si 2 C) в среде газообразного аргона при температуре 2500 °. C и переосаждены в чешуйчатые монокристаллы размером до 2 × 2 см на немного более холодной подложке. Этот процесс дает высококачественные монокристаллы, в основном из фазы 6H-SiC (из-за высокой температуры роста).

Модифицированный процесс Lely, включающий индукционный нагрев в графитовых тиглях, дает еще более крупные монокристаллы диаметром 4 дюйма (10 см) с сечением в 81 раз больше по сравнению с традиционным процессом Lely.

Кубический SiC обычно выращивают с помощью более дорогостоящего процесса химического осаждения из паровой фазы (CVD) силана, водорода и азота. Гомоэпитаксиальные и гетероэпитаксиальные слои SiC можно выращивать, используя как газовую, так и жидкую фазу.

Для образования SiC сложной формы можно использовать прекерамические полимеры в качестве прекурсоров, которые образуют керамический продукт путем пиролиза при температурах в диапазоне 1000–1100 ° C. Материалы-предшественники для получения карбида кремния таким образом включают поликарбосиланы, поли (метилсилин) и полисилазаны. Материалы из карбида кремния, полученные пиролизом прекерамических полимеров , известны как керамика, полученная из полимеров, или PDC. Пиролиз прекерамических полимеров чаще всего проводят в инертной атмосфере при относительно низких температурах. По сравнению с процессом CVD, метод пиролиза является преимуществом, поскольку полимеру можно придать различные формы перед термализацией в керамику.

Из SiC также можно изготавливать пластины, разрезая монокристалл с помощью алмазной канатной пилы или лазера. SiC – полезный полупроводник, используемый в силовой электронике.

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 320…350 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 2300 МПа.
  • Модуль упругости 380 ГПа.
  • Твердость 87…92 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, 3,5…4,0 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 90…95 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, 2,8…4 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2.

ВК6ОМ:

  • Плотность 14,8 г/см³.
  • Состав Карбид вольфрама.
  • Предел прочности на изгиб 1700…1900 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, 75…85 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 10…15 МПа·м1/2.

Силицированный графит СГ-Т:

  • Плотность 2,6 г/см³.
  • Состав 50 % карбида кремния.
  • Предел прочности на изгиб 90…110 МПа.
  • Предел прочности на сжатие 300…320 МПа.
  • Модуль упругости 95 ГПа.
  • Твердость 50…70 HRC.
  • Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2.
  • Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100…115 Вт/(м·К).
  • Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К−1⋅10−6.
  • Вязкость разрушения 3…4 МПа·м1/2.

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

Основные металлические карбиды

На практике широко применяется множество карбидных соединений. Рассмотрим основные из них.

Карбид гафния

Встречается в виде только одного вещества — HfC. В нормальных условиях обладает кристаллической структурой, окрашено в серый цвет. плавится при температуре 3900 градусов — интересно, что его закипание происходит уже при температуре 4160 градусов. Поэтому к расплавлению нужно подходить аккуратно, чтобы не испарить его. При нагреве до 2000 градусов начинает взаимодействовать с металлами (молибден, вольфрам). Вещество не обладает полной химической инертностью — оно вступает в реакцию с кислотами (в азотной или серной кислоте оно способно полностью раствориться).

Карбиды хрома

Встречается в виде нескольких веществ; основные — Cr23C6, Cr3C2, Cr7C3. Отличаются высокой химической инертностью (хотя могут реагировать с цинком при сильном нагреве). Не вступают в контакт с водой, атмосферным воздухом, кислотами, щелочами, солями, другими карбидными соединениями. Температура плавления не слишком высокое — большинство соединений плавятся уже при температуре 1500-1700 градусов. У соединения Cr7C3 при нагреве до 800 градусов происходит ряд эндотермических реакций и превращений, что приводит к превращению вещества в Cr23C6.

Карбид титана

Встречается в виде одного стабильного соединения — TiC. При нормальных условиях обладает серым цветом с характерным металлическим блеском. Плавится при температуре 3100 градусов, кипит — при 4305 градусах. Обладает высокой устойчивостью, прочностью. Химическая инертность средняя — в нормальном состоянии может вступать в реакцию с кислотами и щелочами (хотя реакция идет слабо). При нагреве до 2500 градусов может вступать в реакцию с азотом (в том числе — атмосферным). При нагреве до 1200 градусов может окисляться и/или вступать в реакцию с углекислым газом.

Карбиды вольфрама

Встречается в виде двух устойчивых соединений — WC и W2C. Оба карбида отличаются приблизительно одинаковыми химико-физическими свойствами. Вид — мелкий порошок серовато-черного цвета (со слабым металлическим блеском или без него). Вещества плавятся при температуре около 2720 градусов, однако при более низких температурах начинается их активных контакт с атмосферным воздухом, азотом или углекислым газом. Соединения легко растворяются в разогретых до температуре кипения серных и азотных кислотах.

Карбид кальция

Основное устойчивое соединение — CaC2. Вид — крупные прозрачные кристаллы, которые могут обладать светло-голубым оттенком. При наличии примесей может окрашиваться в другие цвета — серый, желтый, коричневый, черный и другие (в зависимости от типа примеси и ее концентрации). Соединение плавится при температуре порядка 2500 градусов, однако при комнатной температуре оно активно вступает в реакцию с водой с активным выделением ацетилена. Поэтому вещество нуждается в особых безопасных способах хранения (ацетилен является токсичным для человека).

Карбид циркония

Основное соединение — ZrC. Стандартное состояние — небольшие кристаллы серого цвета, обладающие металлическим блеском. Температура плавления — 3530 градусов, однако при нагреве до 1200 градусов вещество начинает активно вступать в реакцию с атмосферным кислородом, что приводит к образованию оксидов. Вещество слабо реагирует с кислотами, щелочами и солями, однако может вступать в реакцию с атомизированным азотом в составе сложных веществ, что приводит к образованию нитритов. Поэтому вещество нуждается в особых способах хранения.

Дефекты структуры SiC и характеристики модулей

Последние достижения SiC-технологии привели к значительному сокращению плотности дефектов. Как правило, качество новых и более крупных подложек всегда ниже, чем у приборов предыдущих поколений, но оно постепенно растет по мере освоения производства. Выпуск пластин диаметром 150 мм дает возможность снизить стоимость модулей, однако они все еще остаются достаточно дорогими для массового применения.

Чтобы в полной мере реализовать преимущества 150-мм SiC-подложек, их следует адаптировать для массового изготовления. Уменьшение плотности дефектов позволит обеспечить плавный переход от производства пластин меньшего диаметра к технологии 150 мм. Кроме этого, качество эпитаксиальных пленок и уровень технологических процессов должны обеспечить равномерные характеристики по всей поверхности пластины.

Наиболее известными «врагами» карбида кремния являются так называемые микротрубки или микропоры, представляющие собой кристаллографические дефекты структуры. С тех пор как компания Dow Corning разработала свою технологию 150-мм пластин, плотность микропор поддерживается на уровне менее 1/см2.

В процессе производства материал подложки подвергается воздействию внутренних и внешних стрессов, что приводит к увеличению размера дефектов и сдвигам внутри атомной решетки. Чаще всего возникает так называемое «винтовое смещение», которое нарушает последовательность атомных плоскостей в кристаллической решетке и располагает их в форме спирали. Винтовое смещение, происходящее во время выращивания подложки, образует микропоры, с повышением плотности которых резко растет процент дефектных чипов. Технология Dow Corning обеспечивает не только низкую плотность микропор в пластинах диаметром до 150 мм, но и сверхмалый уровень винтовых и базальных (плоскостных) смещений.

На рис. 1 в хронологическом порядке показано снижение количества микропор в 4H SiC-пластинах, полученное за счет внедрения технологии PVT Dow Corning. Это позволило довести среднее значение плотности дефектов до <0,1/см2. Подробные замеры винтовых смещений на пластинах 76 мм показали очень хорошие результаты, их статистическое распределение в группе кристаллов приведено на рис. 2.

Рис. 1. Средняя плотность микропор в пластинах 4H SiC диаметром 76 и 100 мм (производство с ноября 2009 по январь 2011 г.)

Рис. 2. Измерения плотности винтовых смещений на 25 кристаллах нескольких 4H SiC-пластин. Анализ проводился методом рентгеновской топографии по девяти участкам на пластине (каждый столбец отображает девять точек измерений). Группы представляют собой две выборки выпускаемой продукции за период с середины 2009 по середину 2010 г.

Степень выхода годных SiC ограничена в основном поверхностными дефектами, образующимися при химическом осаждении из газовой фазы в ходе эпитаксиального процесса (CVD). На сегодня это наиболее значимая проблема, резко снижающая эффективность работы полупроводниковых устройств. Размеры эпитаксиальных дефектов зависят от толщины пленки, а их плотность (1,5–2/см2) характерна для приборов с блокирующим напряжением ниже 2 кВ. Для решения этой проблемы и адаптации 150-мм пластин к серийному производству была разработана эпитаксиальная технология, обеспечивающая приемлемую плотность эпитаксиальных дефектов на подложках разного диаметра. Новая технология пригодна для использования легирующих примесей n— и p-типа, она также допускает увеличение толщины слоя эпитаксии свыше 50 мкм для высоковольтных приложений.

Компания Dow Corning разработала и внедрила процесс эпитаксии CVD для производства 4H SiC-подложек толщиной до 100 мкм. Очень важным критерием качества пленок является количество дефектов, добавляемых в процессе формирования эпитаксиального слоя. При крайне низком уровне MPD в современных 4Н SiC-пластинах дефекты эпитаксии, скорее всего, в наибольшей степени влияют на выход годных в процессе изготовления. Их влияние оценивается путем лазерной светорассеивающей спектрометрии. Пластина разделяется на области, каждая из которых исследуется с помощью лазерного сканирующего спектрометра. Зоны, содержащие дефекты, помечаются как бракованные, плотность дефектов определяется с помощью распределения Пуассона. На рис. 3 показана общая плотность дефектов (пластин и эпитаксии) для подложек Dow Corning диаметром 76 мм, полученная в течение пяти кварталов непрерывного производства.

Рис. 3. Распределение общего количества дефектов (подложки и эпитаксии) для пластин 76 мм, измерения проведены методом лазерной светорассеивающей спектрометрии

Физические свойства

Кристаллическая структура кремния.

Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Он прозрачен для инфракрасного излучения начиная с длины волны 1,1 мкм. Собственная концентрация носителей заряда — 5,81⋅1015 м−3 (для температуры 300 K).

Схематическое изображение зонной структуры кремния

Электрофизические свойства

Элементарный кремний в монокристаллической форме является непрямозонным полупроводником. Ширина запрещённой зоны при комнатной температуре составляет 1,12 эВ, а при Т = 0 К — 1,21 эВ. Концентрация собственных носителей заряда в кремнии при нормальных условиях составляет около 1,5⋅1010 см−3.

На электрофизические свойства кристаллического кремния большое влияние оказывают содержащиеся в нём примеси. Для получения кристаллов кремния с дырочной проводимостью в кремний вводят атомы элементов III группы, таких, как бор, алюминий, галлий, индий. Для получения кристаллов кремния с электронной проводимостью в кремний вводят атомы элементов V группы, таких, как фосфор, мышьяк, сурьма.

При создании электронных приборов на основе кремния используется преимущественно приповерхностный слой монокристалла (толщиной до десятков мкм), поэтому качество поверхности кристалла может оказывать существенное влияние на электрофизические свойства кремния и, соответственно, на свойства созданного электронного прибора. При создании некоторых приборов используется технология, модифицирующая поверхность монокристалла, например, обработка поверхности кремния различными химическими реагентами и её облучение.

  • Диэлектрическая проницаемость: 12
  • Подвижность электронов: 1200—1450 см²/(В·c).
  • Подвижность дырок: 500 см²/(В·c).
  • Ширина запрещённой зоны 1,21 эВ при 0 К.
  • Время жизни свободных электронов: 5 нс — 10 мс
  • Длина свободного пробега электронов: порядка 1 мм.
  • Длина свободного пробега дырок: порядка 0,2—0,6 мм.

Все значения приведены для нормальных условий.

Ссылки

  • Kelly, Jim. A brief history of SiC : // Jim Kelly’s filing cabinet. — Department of Chemistry, University College London, 2005. — 22 июня. — Дата обращения: 23.06.2020.
  • Карбид кремния: технология, свойства, применение / Под ред. Беляева А. Е., Конаковой Р. В. — Харьков: ИСМА, 2010. — 532 с. — ISBN 978-966-02-5445-9
  • Дигонский С. В. Газофазные процессы синтеза и спекания тугоплавких веществ. — М.: ГЕОС, 2013. — 462 с.
Словари и энциклопедии
  • Большая каталанская
  • Большая российская
  • Малый Брокгауза и Ефрона
  • Britannica (онлайн)
  • Britannica (онлайн)
Нормативный контроль
  • BNF: 13163471b
  • GND: 4055009-6
  • LCCN: sh85122519
  • Microsoft: 2780722187
  • NDL: 00572656

Структура и свойства

Чистый карбид кремния располагает гексагональной кристаллической решеткой и имеет стехиометрический состав. Вещество состоит из чистых кристаллов с алмазным блеском. При наличии примесей материал окрашивается в коричневый, зеленый, серый, белый или черный цвета. Окрас вещества зависит от его химического состава. При контакте с кислородом на поверхности кристаллов образуется оксидная пленка с радужным блеском.

Кристаллическая решетка SiC

Структурные свойства карбида кремния зависят от температурного режима. При нагревании до температуры 1700 °C образуется альфа-модификация. Она является одним из самых распространенных полиформов, получаемых искусственным путем. Для этой модификации характерно явление политипизма. Она имеет больше 50 политипных модификаций со схожей структурой кристаллической решетки. При нагревании вещества до более низких температур образуется бета-модификация. Она широко применяется в качестве гетерогенных катализаторов.

Материал характеризуется следующими физическими свойствами:

  • плотность: 3,21 г/см3;
  • ширина запрещенной зоны: 2,9 эВ;
  • микротвердость: 3300-3600 кгс/мм2;
  • энергия кристаллической решётки: 288 ккал/г·форм;
  • теплопроводность: до 4,9 Вт/(см·К);
  • температура плавления: 2830 °C.

Карбид кремния является одним из бинарных химических соединений. Молекулы вещества связаны между собой ковалентной связью. Благодаря большой ширине запрещенной зоны и высокой температуре плавления, карборунд обладает свойствами полупроводников. Материал устойчив к воздействию радиации и жарких температур. Данное химическое сопротивление может проводить электрический ток при температурах выше 1400 °C.

Карбид кремния является инертным химическим соединением. Он разлагается при взаимодействии с перегретым паром. При температурах выше 1700 °C вещество сублимирует, но не начинает плавиться. Карборунд не вступает в реакцию с большинством кислот, за исключением азотной, фтористоводородной и ортофосфорной. При наличии кислорода материал полностью растворяется во время взаимодействия с щелочами.

Получение

Карбид алюминия получается прямой реакцией алюминия с углеродом в дуговой печи:

Небольшое количество карбида алюминия является нормой в примеси технического карбида кальция. В электролитическом производстве алюминия данное соединение получается как продукт коррозии в графитовых электродах.

Получается при реакции углерода с оксидом алюминия:

Химические свойства

При реакции с водой или разбавленными кислотами карбид алюминия образует метан:

Реагирует с концентрированным гидроксидом натрия и водой, образуя комплексную соль — тетрагидроксоалюминат натрия и метан:

Физические свойства

  • Показатель преломления (для D-линии натрия): 2,7 (20 °C)
  • Стандартная энергия Гиббса образования (298 К, кДж/моль): −196
  • Стандартная энтропия образования (298 К, Дж/моль·K): 88,95

Получение карбида кремния

Наибольшее количество природного происхождения карбида кремния содержится в космическом пространстве: на пылевых облаках, окружающих звезды, в метеоритах. На Земле этот материал присутствует только на месторождениях кимберлита или корунда, что усложняет процесс его добычи в промышленных масштабах. По этой причине карборунд, используемый в современной индустриальных сферах и бытовых условиях, является искусственным.

Самым распространенным способом получения этого химического соединения является нагревание двуокиси кремния углеродом в специализированных печах, работающих на электричестве. Вещество нагревается до температуры 1800-2300 °C.Источниками кремния являются кварцевый песок, очищенный от примесей, и антрацит. Для улучшения газопроницаемости материала используются опилки из древесины. Цвет синтетического карборунда изменяется при помощи добавления хлорида натрия (поваренной соли). Увеличение плотности материала производится при помощи прессования. После этих процессов структурные частицы меняют свое местоположения, что приводит к деформации твердого раствора.

Также данное вещество получают при помощи следующих методов:

  1. Сублимация. Это технология предоставляет выращивать зерна карбида кремния природных материалов. Рост кристаллов осуществляется в графитовых тиглях из газовой фазы. Получить карборунд при помощи этой технологии можно из инертных газов, нагретых до температуры 2600 °C.
  2. Эпитаксия. Этот способ используется для получения твердых растворов карбида кремния. В нем используется водород, предварительно очищенный от примесей при помощи диффузионных методов. Химический элемент вступает в реакцию со свободным углеродом, что приводит к образованию полупроводниковых пленок.
  3. Синтез. Сырьем для получения карборунда является графит, измельченный до порошкообразного состояния. Также для получения необходимого материала можно использовать сажу с размером частиц не более 20 мкм. Синтез химических веществ происходит в твердой фазе, что обусловлено большим расстоянием между атомами углерода и кремния.
  4. Приготовление шихты. Для этого метода требуются компоненты, содержащие большое количество углерода и кремния. В качестве сырья могут использоваться нанопорошки, углеводы или многоатомные спирты. Приготовление шихты осуществляется в деионизованной воде в течение 5,5 часов. Материал нагревается ступенчато до температуры 1650 °С.

Для промышленных нужд чаще всего изготавливают карбиды зеленого и черного цветов. Особенности их химического состава определены в ГОСТ 26327-84. В нем указаны 4 марки карбида кремния: 53С, 54С, 63С и 64С.

Интересные факты о кремнии

Этот элемент чрезвычайно распространен и очень широко используется. Но есть вещи, которые про него знают далеко не все:

  • Когда астронавты Аполлона-11 приземлились на Луну в 1969 году, они оставили белый мешочек с кремниевым диском. Микроскопическим шрифтом там написано 73 сообщения на разных языках. Они выражают пожелания мира.
  • Кремний может быть опасным. При вдыхании в течение длительных периодов времени это может вызвать заболевание легких, известное как силикоз.
  • Переливчатость опала — результат присутствия кремния. Этот драгоценный камень — форма кремнезема, связанная с молекулами воды.
  • Карбид кремния (SiC) почти такой же твердый, как алмаз. Он оценивается 9−9,5 по шкале твердости по Моосу, лишь немного меньше, чем самое крепкое вещество, которое имеет 10 баллов твердости.
  • Растения используют кремний для укрепления клеточных стенок. Элемент является важным питательным веществом, которое помогает придать устойчивость к болезням. Об этом говорится в статье 1994 года, опубликованной в журнале Proceedings.
  • Кремниевая долина получила свое название от вещества, используемого в компьютерных чипах. Название это впервые появилось в 1971 году в газете Electronic news. Своя Кремниевая долина есть не только в США, но и во многих других странах.
  • Аморфная форма вещества также используется в радиоэлектронной технике.

У некоторых минералы и полудрагоценных камней строение основывается на диоксиде кремния. Они различаются плотностью и цветом:

  • Аметист.
  • Морион.
  • Цитрин.
  • Горный хрусталь.
  • Опал.
  • Агат.
  • Сердолик.
  • Яшма.

И другие камни.

Нахождение в природе

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Таким образом, по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л.

Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма — соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около 12 % массы земной коры). Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния, — это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень, полевые шпаты. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.

Отмечены единичные факты нахождения чистого кремния в самородном виде.

Современность

В конце XX был изготовлен первый кристалл карборунда, до этого он был известен только в виде порошка. Как только появилась возможность синтезировать кристалл — его синтезировали. Результат оказался поразительным. По многим показателям карборунд превосходил алмаз.

  • степень светопреломления на четверть выше;
  • дисперсия — в два с половиной.

То есть он лучше блестит и даёт больше радужных бликов. Казалось бы — вот она, удача. Его действительно признали лучшей имитацией алмаза. Но в массовым он так и не стал. Делать ювелирные изделия с карборудном с точки зрения коммерции бессмысленно.

Производство украшений из камня слишком сложное и затратное дело. Крупный образец будет стоить порядка 500 долларов за карат. Сомнительно, что найдутся любители покупать искусственные камни за такие деньги. Даже если они высокотехнологичные и сверхблестящие. Сейчас кристаллы карбида кремния делает только одна американская компания, а в продаже он встречается реже, чем бриллиант.

Теоретически камень должен быть красивым: блестящий, сияющий, с радужной игрой света на гранях.

Но ценители камня его не очень ценят. На то есть несколько причин:

  • яркие переливы света непривычны глазу и скорее раздражают, создают впечатление безвкусности и кичливости;
  • прозрачных и чистых по цвету камней нет. Все они имеют пыльный зеленоватый оттенок. Химики пока с этим ничего поделать не могут;
  • лучики света, которые отбрасывает бриллиант плотные, яркие, с насыщенными оттенка. Карборунд даёт более прозрачные и тёмные отблески.

Как видим, искусственному муассаниту не удалось превзойти алмаз и вытеснить его с ювелирных прилавков.

Непрозрачные недорогие образцы предприимчивые итальянцы продают как куски лавы Везувия.

Однако у карборунда есть ряд преимуществ:

  • он не оставляет на себе жировых отпечатков. Если долго щупать бриллиант, он покроется жировой плёнкой и блестеть перестанет. Карборунд к этому невосприимчив. сколько его не трогай — он продолжит блестеть;
  • поскольку карборунд выращен искусственно, он лишён дефектов. Его ограняют в идеальные, математически точно выверенные кристаллы. К тому же на материале можно не экономить. С бриллиантами это не всегда проходит. Иногда хочет сохранить вес камня и умышленно нарушает пропорции, иногда обходит дефекты. Браком это не считаются. Такие бриллианты хоть и стоят ниже, но на рынок поступают;
  • в экстремальных температурах (около 1000 градусов Цельсия) алмаз горит, а карборунд нет. Вы можете кинуть платиновое кольцо в угольную печь и оно не пострадает.

Кроме этого он прочный, лишь незначительно уступает алмазу. К тому же он инертный — не вступает в реакцию с другими веществами (кроме плавиковой, азотной и ортофосфорной кислот), отличается высокой теплопроводностью, плотностью электрического тока и электрическим напряжением, имеет малый коэффициент теплового расширения и не имеет фазовых переходов, разрушающих кристалл.

Сейчас карборунд производят методом термического разложения полиметилсилана при низких температурах в присутствии инертного газа. Полученный материал применяется во многих сферах жизни.

Применяется в качестве:

  • абразив для шлифования и напыление для пил;
  • сырьё для режущих инструментов;
  • полупроводник в электротехнической промышленности;
  • катализатор в химической промышленности;
  • подшипники и элементы оборудования в плавильных печах, поскольку он выдерживает нагрузку до 1700 градусов Цельсия;
  • сырьё для производства бронежилетов;
  • основа для сверхмощных светодиодов;
  • сырьё для изготовления высококачественных дисковых тормозов;
  • сырьё для создания зеркальных деталей в оптических системах.

Это далеко не всё. Камень используется в ядерной энергетике, строительстве, органическом синтезе.

Применение карборунда

Это химическое соединение является ценным сырьем для промышленности. Обладает выраженными абразивными свойствами, устойчивостью к воздействию экстремальных температур, агрессивных кислот. За счет высокого показателя твердости используется в изготовлении деталей, которые проявляют устойчивость к воздействию разрушительных факторов.

Конструкционный материал

Карбид кремния задействован в промышленном производстве. Из него изготавливают следующие детали и элементы:

  • тормоза для автомобилей спортивных моделей;
  • панели и плиты с высокой устойчивостью к стиранию;
  • элементы для бронированной военной техники;
  • шлифовальные составы для металлургической и энергетической промышленности;
  • абразивные насадки для шлифовальных машин;
  • линзы для высокоточного астрономического оптического оборудования.

Обязательно посмотрите: Что такое гидротермальный изумруд и где его используют

Электроника

Карбид кремния встречается в составе сверхбыстрых диодов Шоттки, тиристорах. Химический состав обладает неоспоримыми преимуществами, если сравнивать его с кремнием и арсенидом галлия. Во-первых, карборунд характеризуется большей шириной запрещенной зоны. Электрическая прочность камня в 10 раз превышает аналогичный показатель кремния. Не теряет исходные физико-химические свойства при воздействии высоких температур. Теплопроводность в 3 раза превышает аналогичный показатель, характерный для кремния.

Для вас допустимо ношение украшений с черным камнем?

ДаНет

Сталеварение

Карбид кремния применяется как топлива, используемое в получении стали в конвертерном производстве. В сравнении с углем считается чистым химическим соединением, поэтому позволяет уменьшить количество отходов. Также применяется в коррекции температурного режима и показателей содержания углерода в стали.

Ядерная энергетика

За счет высокой устойчивости к воздействию радиации массово применяется в ядерной энергетике. Из камня изготавливают слой из триструктурально-изотопного покрытия для элементов ядерного топлива, находящегося в газоохлаждаемых реакторах. Также это ценное сырье для производства пеналов для безопасного захоронения ядерных отходов.

Карборунд также входит в состав шлифовальных паст. При смешивании технического карборунда с кремнием и глицерином получают силит. Это высококачественный материал для нагревательных элементов лабораторных электропечей. Из такой смеси также изготавливают стержни, которые затем обжигают при температуре 1700 градусов вместе с двуокисью углерода. Силитовый стержень выдерживает температуру до 1500 градусов.

Пирометрия

Это измерение температуры газа оптическим методом. Он реализуется с помощью волокон из карбида кремния. Их толщина составляет 15 микрометров. Эти волокна вводятся в зону изменения, при этом никак не воздействуя на процесс горения. Использование этого способа позволяет измерить температуру, находящуюся в диапазоне 800-2500 Кельвинов.

В ювелирном деле

Карборунд обладает неповторимым сиянием, которое сполна раскрывает цветовую гамму камня. В ювелирной промышленности получил название муассанит. Для инкрустации украшений используется бесцветный карборунд. Благодаря особым внешним характеристикам напоминает алмаз. Структура камня более сложная, чем та, которую имеет кубический диоксид циркония.

Часто муассанитом заменяют бриллианты, причем продают покупателю изделия с учетом стоимости последнего. Отличить синтетический камень от драгоценного самоцвета сможет только эксперт-геммолог, применяющий специальное оборудование и реактивы.

Как полупроводник

Обладает свойствами надежного проводника, который является качественным катализатором. Считается ценным сырьем для изготовления лазеров, мощных светодиодов. Входит в состав терморезистора и полевого транзистора.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий