Кремний карбиді: қасиеттері, қолданылуы және тарихы

Кремний карбиді – өте қатты жартылай өткізгіш материал. Құрамы, қасиеттері, және астрономиядағы сирек кездесетін түрі туралы ақпарат.

15 мин оқу

100%

Дереккөз: Silicon carbide — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Өте қатты жартылай өткізгіш

Chembox
| Watchedfields = өзгертілді
| verifiedrevid = 477003687
| ImageFile = SiC p1390066. jpg
| ImageSize = 244
| ImageName = Кремний карбидінің үлгісі – шар
| ImageCaption = Зертханада өсірілген синтетикалық SiC монокристаллы
| PIN = Кремний карбиді
| OtherNames = Карборунды, Моиссанит
| Section1 =
| Section2 =
| Section7 = Chembox Қауіптері
| GHS ref=талшықтар
| GHSPictograms =
| GHSSignalWord = Қауіп
| HPhrases =
| PPhrases =
| NFPA H = 1
| NFPA F = 0
| NFPA R = 0
| PEL = TWA 15 мг/м3 (жалпы) TWA 5 мг/м3 (тыныс алу)
| IDLH = Белгісіз. Моиссанның табиғи SiC-ді табуы бастапқыда күмәнді болды, өйткені оның үлгісі сол кезде нарықта болған кремний карбиді аралау дискілерімен ластанған болуы мүмкін. Жерде кремний карбиді сирек кездесетін болса, ғарышта өте кең таралған. Бұл көміртегіге бай жұлдыздардың айналасында таралған жұлдыз шаңының кең таралған түрі, және осы шаңның үлгілері бастапқы (өзгермеген) метеориттерде таза күйде табылған. Ғарышта және метеориттерде табылған кремний карбиді көбінесе бета полиморфты болып табылады. Мурчисон метеоритіндегі SiC түйіршіктерін талдау, көміртекті хондрит метеоритінде көміртек пен кремнийдің аномальды изотоптық қатынастарын көрсетті, бұл түйіршіктер Күн жүйесінен тыс пайда болғанын көрсетеді.

Үлкен ауқымды өндіріс

Кең ауқымды өндіріс 1891 жылы Эдвард Гудрич Ачесонға байланысты. Ачесон жасанды алмастарды дайындауға тырысқанда, темір ыдыста балшықтан (алюминий силикаты) және ұнтақталған коктан (көміртек) жасалған қоспаны қыздырды. Ол пайда болған көк түсті кристалдарды карборундум деп атады, оны көміртек пен алюминийдің жаңа қосылысы деп ойлады, бұл корундқа ұқсас. Мойсан да бірнеше тәсілмен SiC синтездеді, соның ішінде көміртекті балқыған кремнийде еріту, кальций карбиді мен кремнийдің қоспасын балқыту және электр пешінде көміртекпен кремнийді тотықтыру арқылы. Ачесон 1893 жылдың 28 ақпанында кремний карбиді ұнтағын жасау әдісін патенттеді. Ачесон сондай-ақ SiC әлі күнге дейін қолданылып келе жатқан электрлік үзіліс пешін жасады және бастапқыда абразив ретінде пайдалану үшін SiC-ті көп көлемде өндіру үшін Carborundum компаниясын құрды. 1900 жылы компания Electric Smelting and Aluminum Company компаниясымен келісімге келді, сот шешімімен оның негізін қалаушыларына "көмір және басқа да заттарды қыздыру арқылы тотықтыруға" "басымдық берілді". SiC алғаш рет абразив ретінде қолданылды, одан кейін электрондық қолданыстар пайда болды. 20 ғасырдың басында кремний карбиді алғашқы радиоларда детектор ретінде қолданылды. 1907 жылы Генри Джозеф Раунд SiC кристаллына кернеу қосып, катодта сары, жасыл және қызғылт сары түсті сәуле шығуын байқап, алғашқы LED-ді жасады. Бұл эффект кейіннен 1923 жылы О.В. Лосев Кеңес Одағында қайта ашқан.

Өндіріс

Табиғи моссанит өте сирек кездесетіндіктен, кремний карбидінің көп бөлігі синтетикалық болып табылады. Кремний карбиді абразив ретінде, сондай-ақ жартылай өткізгіш және әшекей тастар сапасындағы алмаздың орнына қолданылады. Кремний карбидін өндірудің ең қарапайым жолы – 1600 °C (2912 °F) мен 2500 °C (4532 °F) арасында Ачесон графит электр кедергі пешінде кремний құмын және көміртекті біріктіру. Өсімдік материалдарындағы (мысалы, күріш қабығындағы) ұсақ SiO2 бөлшектері органикалық материалдан алынған артық көміртекті қыздыру арқылы SiC-ге айналуы мүмкін. Кремний металлын және ферросилиций қорытпаларын өндірудің қосалқы өнімі болып табылатын кремний түтіні де 1500 °C (2732 °F) температурада графитпен қыздыру арқылы SiC-ге айналуы мүмкін. Ачесон пешінде түзілген материалдың тазалығы графит резисторынан қашықтығына байланысты өзгереді. Түссіз, ақшыл сары және жасыл кристаллдар ең жоғары тазалыққа ие және резисторға ең жақын орналасқан. Резистордан алыстаған сайын түсі көк және қара түске өтеді, ал осы қараңғы кристаллдардың тазалығы төмен. Азот және алюминий – SiC-тің электр өткізгіштігіне әсер ететін жиі кездесетін қоспалар. SiC ұнтағы 2500 °C температурада аргон газының ортасында жоғары температуралы кремний, көміртектің, кремний дикарбидінің (SiC2) және дисилиций карбидінің (Si2C) түрлеріне сублимацияланып, кейін 2 × 2 см дейінгі өлшемдегі жалпақ кристалдарға айналады, бұл процесте сәл салқынырақ субстрат қолданылады. Бұл процесс жоғары сапалы, көбінесе 6H SiC фазалы (жоғары өсу температурасының салдарынан) бір кристаллдар береді. Графит ыдыстарда индукциялық қыздыруды қолданатын модификацияланған Лели процесі 4 дюйм (10 см) диаметрлі, тіпті үлкен бір кристаллдарды тудырады, бұл дәстүрлі Лели процесімен салыстырғанда 81 есе үлкен. Кубикалық SiC әдетте силан, сутек және азоттың химиялық бумен осаздануы (CVD) арқылы, көбінесе қымбат процесте өсіріледі. Гомоэпитаксиялық және гетероэпитаксиялық SiC қабаттарын газ және сұйық фазалық тәсілдерді қолдана отырып өсіруге болады. Күрделі пішіндегі SiC жасау үшін прекерамикалық полимерлерді прекурсор ретінде қолдануға болады, олар 1000–1100 °C температурада пиролиз арқылы керамикалық өнімді құрайды. Осындай тәсілмен кремний карбидін алу үшін қолданылатын прекурсорлық материалдарға поликарбосиландар, полиметилсилин және полисилазандар жатады. Прекерамикалық полимерлердің пиролизінен алынған кремний карбиді материалдары полимерлік керамика немесе ПДК деп белгіленеді. Прекерамикалық полимерлердің пиролизі көбінесе инертті атмосферада салыстырмалы түрде төмен температурада жүзеге асырылады. CVD процесімен салыстырғанда пиролиз әдісі артықшылықты, себебі полимерді керамикаға айналдыру алдында әртүрлі пішінге келтіруге болады. SiC-ті алмаз сыммен кесу немесе лазерді пайдалану арқылы пластиналарға да айналдыруға болады. Кремний карбиді – қуат электроникасында қолданылатын пайдалы жартылай өткізгіш.

Because natural moissanite is extremely scarce, most silicon carbide is synthetic. Silicon carbide is used as an abrasive, as well as a semiconductor and diamond simulant of gem quality. The simplest process to manufacture silicon carbide is to combine silica sand and carbon in an Acheson graphite electric resistance furnace at a high temperature, between 1600 °C (2912 °F) and 2500 °C (4532 °F). Fine SiO2 particles in plant material (e. g. rice husks) can be converted to SiC by heating in the excess carbon from the organic material. The silica fume, which is a byproduct of producing silicon metal and ferrosilicon alloys, can also be converted to SiC by heating with graphite at 1500 °C (2732 °F). The material formed in the Acheson furnace varies in purity, according to its distance from the graphite resistor heat source. Colorless, pale yellow and green crystals have the highest purity and are found closest to the resistor. The color changes to blue and black at greater distance from the resistor, and these darker crystals are less pure. Nitrogen and aluminium are common impurities, and they affect the electrical conductivity of SiC. in which SiC powder is sublimed into high temperature species of silicon, carbon, silicon dicarbide (SiC2), and disilicon carbide (Si2C) in an argon gas ambient at 2500 °C and redeposited into flake like single crystals, sized up to 2 × 2 cm, at a slightly colder substrate. This process yields high quality single crystals, mostly of 6H SiC phase (because of high growth temperature). A modified Lely process involving induction heating in graphite crucibles yields even larger single crystals of 4 inches (10 cm) in diameter, having a section 81 times larger compared to the conventional Lely process. Cubic SiC is usually grown by the more expensive process of chemical vapor deposition (CVD) of silane, hydrogen and nitrogen. Homoepitaxial and heteroepitaxial SiC layers can be grown employing both gas and liquid phase approaches. To form complexly shaped SiC, preceramic polymers can be used as precursors which form the ceramic product through pyrolysis at temperatures in the range 1000–1100 °C. Precursor materials to obtain silicon carbide in such a manner include polycarbosilanes, poly(methylsilyne) and polysilazanes. Silicon carbide materials obtained through the pyrolysis of preceramic polymers are known as polymer derived ceramics or PDCs. Pyrolysis of preceramic polymers is most often conducted under an inert atmosphere at relatively low temperatures. Relative to the CVD process, the pyrolysis method is advantageous because the polymer can be formed into various shapes prior to thermalization into the ceramic. SiC can also be made into wafers by cutting a single crystal either using a diamond wire saw or by using a laser. SiC is a useful semiconductor used in power electronics.

Электр өткізгіштігі

Кремний карбиді – жартылай өткізгіш, азот немесе фосформен n-типке, ал бериллий, бор, алюминий немесе галлиймен p-типке қосымша қою арқылы допингтеуге болады. Бірақ алюминий және борды қосымша қою арасында магнит өрісінің әрекетінде маңызды айырмашылық байқалады: 3C SiC:Al – II типті. Керісінше, 3C SiC:B және 6H SiC:B – I типті. Осылайша, суперөткізгіштік қасиеттері политипке (3C және 6H) қарағанда допантқа (бор мен алюминийге) көбірек тәуелді болып көрінеді. Бұл тәуелділікті түсіндіру үшін, бор SiC-тегі көміртегі орындарын, ал алюминий кремний орындарын алмастыратыны анықталды. Сондықтан алюминий мен бор екі политипте де әртүрлі ортаны «көреді».

Абразивті және кескіш құралдар

Өнерде кремний карбиді материалдың беріктігі мен төмен құнының арқасында қазіргі заманғы тас кесу өнерінде кең таралған абразивті материал болып табылады. Өндірісте ол ұнтақтау, тегістеу, су ағынымен кесу және құмдау сияқты абразивті өңдеу процестерінде қаттылығы үшін қолданылады. Алюминий оксидімен салыстырғанда, SiC құмдау үшін әлдеқайда өткір және қатты балама ұсынады. Кремний карбидінің ұсақ бөлшектері құм қағазы және скейтбордтардағы сырғалмайтын жабын жасау үшін қағазға жабыстырылады. 1982 жылы алюминий оксиді мен кремний карбидінің жіп тәрізді кристалдарынан жасалған өте мықты композит ашылды. Бұл зертханада жасалған композитті коммерциялық өнімге айналдыруға үш жыл ғана кетті. 1985 жылы осы алюминий және кремний карбиді жіптерімен күшейтілген композиттан жасалған алғашқы коммерциялық кесу құралдары нарыққа ұсынылды.

Құрылыс материалы

1980 және 1990 жылдары кремний карбиді Еуропа, Жапония және АҚШ-тағы жоғары температуралы газ турбиналарына арналған бірнеше зерттеу бағдарламаларында зерттелді. Бөлшектер никельдің суперқорытпаларынан жасалған турбина қанаттарын немесе соплолық қанаттарды алмастыру үшін көзделіпті. Дегенмен, бұл жобалардың ешқайсысы өндіріс көлеміне жетпеді, негізінен оның соққыға төзімділігінің және сынудың кедергісіздігінің төмен болуына байланысты. Басқа қатты керамикалар сияқты (мысалы, алюминий оксиді және бор карбиді), кремний карбиді күшті броняда (мысалы, Chobham бронясы) және оқтан қорғайтын жилеттердегі керамикалық пластиналарда қолданылады. Pinnacle Armor компаниясы өндірген Dragon Skin кремний карбидінен жасалған дискілерді пайдаланды. SiC бронясының сыну кезіндегі беріктігін арттыру үшін аномальды дән өсуі немесе АГГ құбылысы көмектеседі. Кремний карбидінің аномальды ұзын дәншелерінің өсуі, сыртқы нығыздауға ұқсас, жарықтар арқылы байланыс жасау арқылы қатайту әсерін беруге мүмкіндік береді. Силиций нитридінде (Si3N4) AGG-нің ұқсас қатайту әсері туралы хабарламалар бар. Кремний карбиді керамиканы, шыныны балқыту немесе шыны құю сияқты жоғары температуралы пештерде тіреу және сөре материалдары ретінде қолданылады. SiC пеш сөрелері дәстүрлі алюминий оксиді сөрелеріне қарағанда әлдеқайда жеңіл және берік. 2015 жылдың желтоқсан айында кремний карбиді нанобөлшектерін балқыған магнийге енгізу, авиация, аэроғарыш, автомобиль және микроэлектроника салаларында қолдануға жарамды жаңа, мықты және икемді қорытпаны жасаудың бір жолы ретінде айтылды.

Автокөлік бөлшектері

Силиконмен сіңірілген көміртекті-көміртекті композит жоғары өнімділіктегі "керамикалық" тежегіш дискілерге қолданылады, себебі олар өте жоғары температураға төтеп бере алады. Кремний көміртекті-көміртекті композиттегі графитпен реакцияласып, көміртекті талшықпен күшейтілген кремний карбидіне (C/SiC) айналады. Бұл тежегіш дискілер кейбір жолға шығатын спорттық автомобильдерде, суперкарларда, сондай-ақ Porsche Carrera GT, Bugatti Veyron, Chevrolet Corvette ZR1, McLaren P1, Bentley, Ferrari, Lamborghini және жоғары өнімділікке ие Audi автомобильдерінің кейбір түрлерінде қолданылады. Кремний карбиді дизельдік бөлшектердің сүзгілері үшін ысталған (синтерленген) күйде де қолданылады. Сонымен қатар, ол майға қосымша ретінде үйкелісті, шығарындыларды және гармоникалық тербелістерді азайту үшін пайдаланылады.

Құю цементтері

Кремний карбиді шағын және ірі қорыту өндірістерінде балқыған металлдарды ұстауға арналған тостағандарда қолданылады.

Электр жүйелері

Силіцийдің ең алғашқы электрлік қолданылуы электр энергиясы жүйелеріндегі найзағайдан қорғау құрылғыларында болды. Бұл құрылғылар оларға түсетін кернеу белгілі бір VT шегіне жеткенше жоғары кедергіні көрсетуі керек, содан кейін кедергісі төменгі деңгейге түсіп, қолданылған кернеу VT-дан төмендейінше осы деңгейді сақтауы керек, артық ток жерге жіберіліп, таратылуы керек. Силіцийдің кернеуге тәуелді кедергіге ие екені ерте сезілді, сондықтан силіций гранулдарынан тұратын бағаналар жоғары кернеулі электр желілері мен жер арасына қосылды. Желіге найзағай шаққанда желі кернеуі жеткілікті деңгейге көтеріледі, сонда силіций бағанасы ток өткізеді, осылайша ток электр желісі бойымен емес, зиянсыз түрде жерге өтеді. Силіций бағаналарының электр желісінің қалыпты жұмыс кернеуінде де айтарлықтай өткізгіштігі болғандықтан, оларды тізбектей түрде ұшқындық аралықпен орналастыру қажет болды. Бұл ұшқындық аралық найзағай кезінде электр желісінің өткізгішінің кернеуін көтеріп иондалып, өткізгіш болатын, осылайша силіций бағанасын электр өткізгіші мен жер арасында тиімді түрде жалғайтын. Найзағайдан қорғау құрылғыларында қолданылатын ұшқындық аралықтар сенімсіз, қажет болған кезде доға жасамай немесе кейіннен сөндірілмейді, соңғы жағдайда материалдың зақымдануына немесе шаңмен немесе тұзбен ластануына байланысты. Силіций бағаналарын қолданудың бастапқы мақсаты найзағайдан қорғау құрылғыларындағы ұшқындық аралықты жою болды. Ұшқындық аралықты силіцийден жасалған құрылғылар найзағайдан қорғау үшін пайдаланылды және GE және Westinghouse брендтерінің арасында сатылды. Ұшқындық аралықты силіцийден жасалған құрылғылардың орнына көбінесе цинк оксиді гранулдарынан тұратын саңылаусыз варисторлар қолданылады.

Электрондық схема элементтері

Кремний карбиді коммерциялық тұрғыдан маңызды алғашқы жартылай өткізгіш материал болды. 1906 жылы Генри Харрисон Чейз Данвудди кристалл радиоға арналған "карборундум" (синтетикалық кремний карбиді) детектор диодын патенттеді. Ол бастапқыда кемедегі қабылдағыштарда кеңінен қолданылды.

Жарық диодтар

Электролюминесценция құбылысы 1907 жылы кремний карбиді қолданылып ашылған, ал алғашқы коммерциялық светодиодтар (LED) SiC негізінде жасалған. 3C SiC-тен жасалған сары светодиодтар 1970 жылдары КСРО-да, ал көк светодиодтар (6H SiC) 1980 жылдары әлемдік деңгейде өндірілді. Галлий нитриді 10-100 есе жарықтап шығарғанда карбидті светодиодтардың өндірісі тоқтатылды. Бұл тиімділік айырмашылығы SiC-тің қолайсыз тікелей емес энергиялық саңылауымен, ал GaN-нің жарық шығаруға қолайлы тікелей энергиялық саңылауымен байланысты. Дегенмен, SiC әлі де маңызды светодиод компоненттерінің бірі болып табылады: ол GaN құрылғыларын өсіруге арналған танымал субстрат болып табылады, сондай-ақ жоғары қуатты светодиодтарда жылуды таратушы ретінде қолданылады. Gaia ғарыш обсерваториясының ғарыш кемесі жүйелері де берік кремний карбиді каркасына орнатылған, ол жылудың әсерінен кеңеймейтін немесе жиырылмайтын тұрақты құрылымды қамтамасыз етеді.

Ұсақ жіппен пирометрия

Кремний карбид талшықтары газ температурасын өлшеу үшін жұқа жіпше пирометриясы деп аталатын оптикалық әдісте қолданылады. Ол ыстық газ ағынына жұқа жіпше орналастыруды қамтиды. Жіпшеден шығатын сәулелену, жіпше температурасымен байланыстырылуы мүмкін. Жіпшелер – диаметрі 15 микрометрлік, адам шашының 1/5 бөлігінен де жуандығы кем кремний карбид талшықтары. Талшықтардың өте жұқа болуына байланысты, олар отты көп бұзбайды және олардың температурасы жергілікті газ температурасына жақын қалады. 800–2500 К температураны өлшеуге болады.

Жылу элементтері

Кремний карбидті жылыту элементтері туралы алғашқы мәліметтер 20 ғасырдың басында АҚШ-тағы Acheson's Carborundum Co. және Берлиндегі EKL компаниялары оларды өндірген кезде пайда болды. Кремний карбиді металл жылытқыштарға қарағанда жоғары жұмыс температурасын қамтамасыз етті. Кремний карбид элементтері бүгінде шыны мен түсті металдарды балқытуда, металдарды жылумен өңдеуде, флот-шыны өндірісінде, керамика және электроника компоненттерін жасауда, газ қондырғыларындағы тұтандырғыштарда және тағы да басқа салаларда қолданылады.

Жылу қалқаны

NASA-ның LOFTID үрмелі жылу қалқанының сыртқы жылу қорғау қабаты кремний карбидінен тоқылған керамикадан жасалған, оның талшықтарының диаметрі соншалықты кішкентай, оларды жинап жіпке айналдыру мүмкін.

Ядролық отын бөлшектері мен қаптамасы

Кремний карбиді ТРИСО қаптамасымен жабылған отын бөлшектеріндегі маңызды материал болып табылады, бұл жоғары температуралы газбен салқындатылатын реакторларда, мысалы, Pebble Bed реакторында кездесетін ядролық отын түрі. Кремний карбидінің қабаты қапталған отын бөлшектеріне құрылымдық қолдау көрсетеді және бөліну өнімдерінің шығуына негізгі диффузиялық тосқауыл болып табылады. Кремний карбиді композиттік материалы жеңіл су реакторларында циркалой қаптамасын алмастыру үшін зерттелген. Бұл зерттеудің бір себебі – циркалой сумен коррозиялық реакция нәтижесінде сутектің әсерінен сынылуға ұшырайды. Бұл радиалды гидридтердің көлемдік үлесі арта келе сыну төзімділігін төмендетеді. Бұл құбылыс температураның жоғарылауымен материалға зиян келтіретіндей күрт өседі. Кремний карбиді қаптамасы осы механикалық деградацияға ұшырамайды, керісінше температураның жоғарылауымен беріктік қасиеттерін сақтайды. Композит SiC талшықтарынан тұрады, олар SiC ішкі қабатына оралған және SiC сыртқы қабатымен қоршалған. SiC композитінің бөліктерін біріктіру мүмкіндігімен байланысты мәселелер туралы хабарламалар бар.

Зергерлік бұйымдар

Кремний карбиді зергерлік бұйымдарда қолданылатын асыл тас ретінде минерал атауынан кейін "синтетикалық моссанит" немесе жай ғана "моссанит" деп аталады. Моссанит алмазға бірнеше маңызды жағынан ұқсас: ол мөлдір және қатты (Моос шкаласы бойынша 9–9.5, алмаздың 10-ымен салыстырғанда), сыну көрсеткіші 2.65 пен 2.69 аралығында (алмаздың 2.42-сімен салыстырғанда). Моссанит қарапайым кубикалық циркониядан сәл қаттырақ. Алмазбен салыстырғанда, моссанит күшті екі сынуға ұшырай алады. Осы себепті моссанит әшекейлері кристаллдың оптикалық осі бойымен кесіледі, екі сыну эффектісін азайту үшін. Ол жеңіл (жайлылығы 3.21 г/см³ қарағанда 3.53 г/см³) және алмазға қарағанда жылуға әлдеқайда төзімді. Бұл оның жоғары жылтырлығына, өткір қырларына және жақсы беріктігіне әкеледі. Моссанит тастарын бос күйде балауыз сақина қалыптарына тікелей құюға болады, алмаз сияқты, себебі моссанит белгілі бір температураға дейін зақымдалмайды. Моссанит алмазға балама ретінде танымал болды және оның жылу өткізгіштігі алмазға ең жақын болғандықтан алмаз деп жаңылысуы мүмкін. Көптеген жылулық алмазды тексеру құрылғылары моссанитті алмаздан ажырата алмайды, бірақ бұл асыл тас екі сынуымен және ультракүлгін сәуле астындағы өте аз жасыл немесе сары флуоресценциясымен ерекшеленеді. Кейбір моссанит тастарында қисық, жіп тәрізді кірмелер де болуы мүмкін, бұл алмазда ешқашан кездеспейді.

Болат өндірісі

Кремний карбиді болат жасау үшін қолданылатын негізгі оттегі пешінде ерітіліп, отын ретінде әрекет етеді. Бөлінетін қосымша энергия пешке бірдей мөлшердегі қорытылған темірмен көбірек металл сынықтарын өңдеуге мүмкіндік береді. Ол сондай-ақ, құйылатын температураны көтеруге және көміртегі мен кремнийдің құрамын реттеуге де қолданылуы мүмкін. Кремний карбиді ферросилиций мен көміртегінің қоспасынан арзан, таза болат өндіреді, іздік элементтердің төмен деңгейіне байланысты шығарындылардың азаюын қамтамасыз етеді, газдың азайып кетуі төмен және болаттың температурасын төмендетпейді.

Катализаторды қолдау

Кремний карбидінің тотығуға табиғи төзімділігі, сондай-ақ үлкен бет ауданына ие кубикалық β SiC түрін синтездеудің жаңа әдістерінің табылуы, оны гетерогенді катализатор тасымалдағышы ретінде пайдалануға қызығушылықты арттырды. Бұл түр н-бутан сияқты көмірсутектерді малейлік ангидридке тотықтыру үшін катализатор тасымалдағышы ретінде қолданылған.

Карборунды баспа жасау

Кремний карбиді карборундты гравюрада қолданылады – коллаграфиялық гравюра техникасы. Карборунд ұнтағы паста түрінде алюминий пластинаның бетіне жағылады. Паста құрғағаннан кейін, боя жағылып, оның дөңгелек бетіне сіңіріледі, содан кейін пластинаның ашық қалған бөліктері тазартады. Боя жағылған пластина, интаглио гравюрасы үшін қолданылатын дөңгелек престе қағазға басылады. Нәтижесінде қағазға көтеріңкі боялған іздер түседі. Карборунд ұнтағы тас литографиясында да қолданылады. Оның біркелкі бөлшектері тасқа бұрынғы суретті алып тастау үшін "Грайн" жасауға мүмкіндік береді. Құрастыру процесіне ұқсас, тасқа ірі карборунд ұнтағы жағылып, әдетте тік осьте орналасқан дөңгелек пластинасы бар левигатормен жұмыс жасалады, содан кейін тас таза болатынша біртіндеп ұсақ ұнтақтар қолданылады. Бұл майға сезімтал бет жасайды.

Графен өндірісі

Кремний карбиді графен өндірісінде қолданылуы мүмкін, себебі оның химиялық қасиеттері SiC наноқұрылымдарының бетінде графеннің түзілуін ынталандырады. Графенді өндіру үшін силиций негізінен графенді өсіруге арналған субстрат ретінде пайдаланылады. Бірақ кремний карбидінде графенді өсірудің бірнеше әдісі бар. Қынапталған сублимация (CCS) әдісі графитпен вакуумда қыздырылатын SiC чипінен тұрады. Содан кейін графеннің өсуін бақылау үшін вакуум өте біртіндеп босатылады. Бұл әдіс ең жоғары сапалы графен қабаттарын береді. Дегенмен, басқа әдістер де осыған ұқсас нәтижелер беретіні хабарланды. Графенді өсірудің тағы бір жолы – вакуумде жоғары температурада SiC-ті термиялық ыдырату. Бірақ бұл әдіс қабаттардың ішінде кішірек түйіршіктер бар графен қабаттарын береді. Сондықтан графеннің сапасын және мөлшерін жақсартуға күш салынып жатыр. Мұндай әдістердің бірі – аргон атмосферасында кремниймен аяқталған SiC-ті сыртқы графиттеуге жатады. Бұл әдіс басқа әдістермен алуға болатын қабаттарға қарағанда ірі домендік өлшемдері бар графен қабаттарын береді. Бұл жаңа әдіс көптеген технологиялық қолданыстар үшін жоғары сапалы графен жасауға өте пайдалы болуы мүмкін. Графен өндірісінің осы әдістерін қалай және қашан қолдану керектігін түсіну үшін, олардың көпшілігі негізінен графенді SiC-де өсіруге мүмкіндік беретін жағдайда өндіреді немесе өсіреді. SiC-тің жылулық қасиеттеріне байланысты, бұл әдетте жоғары температурада (мысалы, 1300 °C) қолданылады. Алайда, графенді өндіру үшін төмен температураны пайдаланатын әдістерді қолдануға болатын белгілі бір процедуралар орындалып, зерттелді. Атап айтқанда, графен өсуіне қатысты осы басқаша тәсіл шамамен 750 °C температуралық ортада графенді өндіреді. Бұл әдіс химиялық бу фазалық осаздану (ХВС) және беттік бөліну сияқты әдістердің үйлесімін қамтиды. Ал субстратқа қатысты, процедура SiC субстратын өтпелі металдың жұқа қабаттарымен жабудан тұрады. Осы материалды жылдам қыздырғаннан кейін, көміртек атомдары өтпелі металл қабығының бетінде жиналып, графенді түзеді. Бұл процесте графен қабаттары субстрат бетіне бүкілдей біркелкі таралады.

Silicon carbide can be used in the production of graphene because of its chemical properties that promote the production of graphene on the surface of SiC nanostructures. When it comes to its production, silicon is used primarily as a substrate to grow the graphene. But there are actually several methods that can be used to grow the graphene on the silicon carbide. The confinement controlled sublimation (CCS) growth method consists of a SiC chip that is heated under vacuum with graphite. Then the vacuum is released very gradually to control the growth of graphene. This method yields the highest quality graphene layers. But other methods have been reported to yield the same product as well. Another way of growing graphene would be thermally decomposing SiC at a high temperature within a vacuum. But this method turns out to yield graphene layers that contain smaller grains within the layers. So there have been efforts to improve the quality and yield of graphene. One such method is to perform ex situ graphitization of silicon terminated SiC in an atmosphere consisting of argon. This method has proved to yield layers of graphene with larger domain sizes than the layer that would be attainable via other methods. This new method can be very viable to make higher quality graphene for a multitude of technological applications. When it comes to understanding how or when to use these methods of graphene production, most of them mainly produce or grow this graphene on the SiC within a growth enabling environment. It is utilized most often at rather higher temperatures (such as 1300 °C) because of SiC thermal properties. However, there have been certain procedures that have been performed and studied that could potentially yield methods that use lower temperatures to help manufacture graphene. More specifically this different approach to graphene growth has been observed to produce graphene within a temperature environment of around 750 °C. This method entails the combination of certain methods like chemical vapor deposition (CVD) and surface segregation. And when it comes to the substrate, the procedure would consist of coating a SiC substrate with thin films of a transition metal. And after the rapid heat treating of this substance, the carbon atoms would then become more abundant at the surface interface of the transition metal film which would then yield graphene. And this process was found to yield graphene layers that were more continuous throughout the substrate surface.

Кванттық физика

Кремний карбиді кристалл торында түс орталықтары деп аталатын нүктелік ақауларды қабылдай алады. Бұл ақаулар қажет болғанда жеке фотондарды шығарады және осылайша жеке фотондар көзі үшін платформа ретінде қызмет етеді. Мұндай құрылғы кванттық ақпарат ғылымының көптеген дамып келе жатқан қолданбалары үшін маңызды ресурс болып табылады. Егер түс орталығын сыртқы оптикалық көз немесе электр тогы арқылы қоздырса, түс орталығы қозу күйіне өтеді, содан кейін бір фотонның сәулеленуі арқылы тұрақтанады. Кремний карбидіндегі белгілі бір нүктелік ақау – алмастағы азот бос орталығымен ұқсас электрондық құрылымы бар дивакансия. 4H SiC-де дивакансияның төрт түрлі конфигурациясы бар, олар төрт нөлдік фонон сызығына (ZPL) сәйкес келеді. Бұл ZPL мәндері VSi VC белгісімен және eV бірлігінде жазылады: hh(1.095), kk(1.096), kh(1.119) және hk(1.150).

Балық аулау таяқшаларының жетектері

Кремний карбиді балық аулауға арналған жетекшілерді (гидтерді) жасауда оның беріктігі мен тозуға төзімділігі үшін қолданылады. Кремний карбидінен жасалған сақиналар әдетте тот баспайтын болаттан немесе титаннан жасалған жетекші рамаға орнатылады, бұл балық аулау желісінің қамысқа тиіспеуін қамтамасыз етеді. Сақиналар төмен үйкеліс бетін ұсынады, бұл шаруды ұзаққа лақтыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар тоқылған балық аулау желісінен пайда болатын сыртқы әсерге қарсы жеткілікті қаттылықты қамтамасыз етеді.

Керамикалық глазурлар

Кремний карбиді керамикаға жағылатын кейбір глазурьдердің құрамына шикізат ретінде қосылады. Жоғары температурада ол металл оксидтерін тотықсыздандырып, кремний және көмірқышқыл газын түзетін болады. Бұл глазурьде көпіршіктер мен кратерлер пайда етуге, немесе бояғыш оксидтерді тотықсыздандырып, мыс қызылы сияқты түстерге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Әйтпесе, мұндай түстерді отынмен қыздырылатын пеште ғана алуға болар еді, ал бұл электр пешінде де қол жеткізіледі.