HomePrint version English version

Karbid kremíka (SiC)


Karbid kremíka, SiC je materiál s vlastnosťami podobnými nitridu kremíka. Jeho dobrá odolnosť voči oxidácii je daná tým, že povrch SiC sa pokryje tenkým filmom SiO2 (na vzduchu sa vďaka tejto vrstvičke SiC oxiduje až nad teplotou 1000 °C). Má podobnú hustotu (3,217 g.cm-3), chemickú stálosť, má však nižšiu pevnosť v ohybe a lomovú húževnatosť ako nitrid kremíka. Odolnosť voči teplotným zmenám je dobrá vďaka relatívne nízkej teplotnej rozťažnosti a vysokej tepelnej vodivosti. Hodnoty mechanických vlastností sa môžu značne odlišovať v závislosti od spôsobu prípravy a kvality východiskovej suroviny.

SiC hladidlo
Brúsna mriežka z SiC - neoceniteľná pomôcka
pri brúsení sadrokartónu alebo dreva

Vlastnosti SiC
PDF ikonka

 
Technické poznámky
SiC je známy pod obchodnou značkou carborundum. Najjednoduchší spôsob výroby karbidu kremíka je zahriatie zmesi kremičitého piesku a koksu na teplotu od 1600 °C do 2500°C. Materiál sa vytvára karbotermickou redukciou oxidu kremičitého a v závislosti od vzdialenosti od grafitového výhrevného  elementu (zdroj tepla) má rôznu kvalitu a čistotu. Čisté, slabo žlté a zelené kryštály majú najvyššiu kvalitu a spravidla sú blízko grafitového rezistora. Farebné zmeny k modrej a čiernej farbe sa prejavujú vo väčších vzdialenostiach od rezistora, čo je spojené s nižšou čistotou.
Čistý karbid kremíka možno pripraviť metódou CVD (chemical vapor deposition). Jej nevýhodou je vysoká ekonomická náročnosť a nízke výťažky, naopak výhodou je vysoká čistota, homogénnosť a jemnosť. Čistý SiC môže byť pripravený tiež tepelným rozkladom polymérov, poly(methylsilánu), pod inertnou atmosférou a pri nízkej teplote.
Hutný SiC sa pripravuje spekaním v tuhej fáze alebo v prítomnosti kvapalnej fázy pri teplotách okolo 1850 - 2500°C, horúcim lisovaním, reakčným spekaním (RBSC = Reaction Bonded Silicon Carbide), zrážaním z plynnej fázy resp. pestovaním monokryštálov  pre špeciálne polovodičové aplikácie. V súčastnosti sa využívajú aj elektrické vlastnosti SiC a používa sa ako polovodič (šírka zakázaného pásma je 2,2 eV pre β-SiC a 3,3 eV pre α-SiC) alebo na výrobu výhrevných elementov s prevádzkovou teplotou do 1800ºC. 

Príklady použitia
SiC sa donedávna používal „iba“ ako brúsny materiál. Od začiatku sedemdesiatich rokov, kedy sa podarilo zhutniť SiC prídavkom bóru a uhlíka sa záujem výskumných pracovísk o SiC výrazne zvýšil. Karbid kremíka sa stal jedným z hlavných kandidátov na konštrukčné aplikácie vďaka svojej výbornej vysokoteplotnej pevnosti, odolnosti voči vysokoteplotnému tečeniu (creepu), dobrej odolnosti voči oxidácii, oteru a korózii. Využívajú sa aj jeho elektrické vlastnosti a používa sa ako polovodič, alebo na výrobu výhrevných elementov s prevádzkovou teplotou do 1700°C. Tento materiál sa používa aj na pancierovanie vojenských vozidiel, prípadne na stielky hlavní strelných zbraní.

Karbid kremíka 1   Karbid kremíka 2


Použitá literatúra
• Z. Pánek, V. Figusch, M. Haviar, T. Ličko, P. Šajgalík, J. Dusza, Konštrukčná  keramika, R & D Print, Bratislava 1992.
• J. Majling, G. Plesch a kol., Technológia špeciálnych anorganických materiálov, Vydavateľstvo STU 2002.
• CES EduPack 2006, Granta Design Ltd., Cambridge, UK.

linky svet  linky Európa  linky Slovensko  linky experti


Autori: Hnatko M., Ústav anorganickej chémie SAV 
           Křesťan J., Ústav anorganickej chémie SAV