Карбид кремния

Карбид кремния

Карбид кремния (SiC) – абразивный материал, получаемый в электрических печах сопротивления силицированием частиц углерода парами кремниевой кислоты. Плотность карбида кремния 3,15-3,25 г/см3, микротвердость 32,4-35,3 ГПа (3300-3600 кгс/мм2), твердость по Моосу 9,1 (уступает лишь алмазу и нитриду бора), механическая прочность-11,0-14,7Н (1120-1500г), разрушаемость (для материалов зернистостью 25) не более 47%.

Получение карбида кремния
 
Поликристаллический карбид кремния получают в электрических печах при температуре 1800—2300оС путем восстановления двуокиси кремния углеродом: SiO2 + 3C = SiC + 2CO.
Сырьем служат материалы, богатые кремнеземом: жильный кварц, кварцевые пески и кварциты, содержащие не менее 99,0-99,5% SiO2, а также углеродистый материал – малозольный нефтяной кокс. Для улучшения газопроводности к шихте добавляют некоторое количество древесных опилок, а при производстве зеленого карбида кремния – еще и поваренную соль. Нагревательным элементом печи является токопроводящий керн из углеродистых материалов.

 
Абразивная промышленность производит зеленый и черный мелко- и крупнокристаллический карбиды кремния, относящиеся к a-SiC структуре гексагональной модификации. Минерал кристаллизуется в виде пинакоидальных пластинок, имеющих игольчатую форму.
 
Химически чистый карбид кремния бесцветен и прозрачен, а абразивный окрашен от светло-зеленого до черного цвета в зависимости от состава и содержания примесей. Наиболее вредной примесью является углерод, который понижает абразивную способность карбида кремния и его адгезию со связкой.
 
По химическому составу и физическим свойствам зеленый и черный карбиды кремния отличаются незначительно, однако зеленый карбид кремния содержит меньше примесей, а черный имеет большую абразивную способность.

 
Из карбида кремния получают шлифзерно, шлифпорошки и микрошлифпорошки марок 64С и 63С, шлифзерно и шлифпорошки марок 54С и 53С, которые применяют для изготовления шлифовальных кругов, шлифовальной шкурки, а также паст. Однако для производства многих видов шлифовальной шкурки черный карбид кремния предпочитают зеленому.
 
Шлифкруги из зеленого карбида кремния используют для доводки металлообрабатывающего инструмента, твердых сплавов, керамики, камня и для правки шлифовальных кругов из других абразивных материалов. Шлифкруги из черного карбида кремния применяют для шлифования твердых сплавов, чугуна, цветных металлов, стекла, пластмасс, кожи, резины. Пастами из карбида кремния производят многие доводочные работы. Шлифовальные материалы из карбида кремния используют в электротехнической, металлургической и огнеупорной отраслях промышленности. Их добавляют также в аэродромные покрытия, лестничные ступени, плитки и другие изделия.
 
 

Карбид кремния тугоплавок (t пл 2830°С), химически стоек. Обладает высокой термической, химической и радиационной стойкостью, выделяется своей устойчивостью к окислению среди многих окалиностойких сплавов и химических соединений. Заметно окисляется только при температурах выше 800оС. Карбид кремния не реагирует с минеральными кислотами любых концентраций, включая и плавиковую кислоту. При комнатной температуре химически взаимодействует с ортофосфорной и кислотой и смесью азотной и фтористоводородной кислот при температуре 200оС. Водяной пар реагирует с карбидом кремния только начиная с 1300—1400оС. Вплоть до 1100оС с карбидом кремния совершенно не взаимодействует азот. Инертен он также в среде водорода и углекислого газа. В среде хлора теряет устойчивость при сравнительно низких температурах. 

Из-за высоких значений температуры и давления, при которых существует расплав карбида кремния, классические методы получения из него монокристаллов не применимы. Используют методы выращивания кристаллов SiC из газовой фазы или из растворов в расплаве. Большое распространение получил метод сублимации. В этом методе рост кристаллов карбида кремния происходит из газовой фазы в графитовых тиглях в атмосфере инертных газов при температуре 2500—2600оС. Эпитаксиальные слои и твердые растворы на основе карбида кремния можно получать всеми известными методами, используемыми в полупроводниковой технологии. Технология формирования структур карбида кремния на подложках кремния принципиально не отличается от процессов получения кремниевых пленок. 

Свойства и описание камня карборунд

Карборунд, или муассанит – это камень, относящийся к классу полупроводникового бинарного химического соединения. Это карбид кремния, получаемый в искусственных условиях в течение 30-40 часов. Камень получают в результате плавления угля и песка. Характерен выраженный блеск, который есть у антрацита. Если камень попадает под прямые лучи солнца, он переливается всеми цветами радуги. Благодаря высокому показателю твердости (9,1 балла по шкале Мооса), карборунд может поцарапать любой минерал, кроме алмаза.

Это тугоплавкий самоцвет, характеризующийся устойчивостью к воздействию кислот и других агрессивных факторов. Не плавится при температуре свыше 1500 градусов по Цельсию. Также есть свойство преломлять свет. Выделают более 250 кристаллических форм карборунда, от которых зависит цветовая гамма. Камень не разрушается при интенсивном и продолжительном трении.

Формула и технология получения карборунда была запатентована Эдвардом Гудричем Ачесоном в 1893 году. Однако в 1842 году аналогичное соединение химических элементов было получено ученым Деспретзом.

Природный аналог встречается крайне редко. По сей день крупные залежи карборунда не удалось найти.

Обязательно посмотрите: Что такое гидротермальный изумруд и где его используют

Магические и лечебные свойства карборунда

Этот камень получают в искусственно созданных условиях, однако в составе карборунда содержится натуральное сырье. Поэтому многие эзотерики приписывают ему целебную энергетику, которая может влиять на жизнь и здоровье человека.

Как проявляются магические свойства:

1. Камень символизирует достаток и богатство, а также помогает сделать атмосферу в жилище более гармоничной.
2. Олицетворяет трудолюбие, энергичность, активность, поэтому помогает справиться с мнительностью и страхами, которые обычно возникают у человека на пути к достижению цели.
3. Синий карборунд помогает повысить интеллект и сделать человека более привлекательным для представителей противоположного пола.
4. Если у человека есть сокровенные мечты, энергетика камня обязательно поможет реализовать их.
5. Дарит надежную защиту от пагубного влияния недоброжелательно настроенных людей: помогает отвадить порчу, сглаз.
6. Дает заряд положительных эмоций, что актуально для тех, кто находится в состоянии депрессии. Придает бодрости и энергичности.
7. Энергетика камня приносит финансовый успех и процветание в бизнесе.

Карборунду приписывают и лечебные свойства. В первую очередь полезен при нервных расстройствах: бессоннице, фобиях, галлюцинациях, панических атаках, приступах агрессии. Помогает обрести душевную гармонию и избавиться от угнетающих мыслей. Эффективно снимает головную боль. Помогает камень и при ослабленном иммунитете. Полезен карборунд при нарушениях обменных процессов в организме. Лечит гастрит и язвенные заболевания органов ЖКТ. Цирроз печени и гепатит также являются показаниями к тому, чтобы носить изделия из карборунда. В астрологии камень не используется.

Применение материалов

Карбиды металлов применяются производстве (в основном — в тяжелом). Перечислим основные варианты применения:

Простые карбидные соединения на основе железа могут добавлять в металлический сплав (чугун, сталь, чистое железо), чтобы улучшить его физико-химические свойства. Дополнительные компоненты улучшают прочность, повышают химическую инертность, минимизируют риск коррозии под действием воды или атмосферного воздуха. Еще одно полезное свойство — увеличение температуры плавления, что удобно в случае изготовления тугоплавких запчастей или деталей.
Карбиды на основе титана или вольфрама отличаются сверхвысокой прочностью, а плавятся они при сверхвысоких температурах. Поэтому из них делают режущие и абразивные инструменты, которые отличаются высоким сроком годности. Подобные соединения можно использовать в качестве огнеупорных материалов (скажем, при производстве печей), для изготовления сварочных стержней.
Карбид кальция обладает необычным свойством — при контакте с водой происходит ряд химических реакций, что в конечном счете приводит к образованию ацетилена. Это вещество широко применяется для кислородной сварки, резки или напайки. Поэтому такое карбидное соединение может использоваться для изготовления соответствующих деталей (электроды для сварочных инструментов, напайка и другие)

Ацетилен при горении выделяет большое количество тепла, поэтому к работам нужно подойти осторожно.

Физические свойства кремния:

400	Физические свойства
401	Плотность*	2,3290 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) – кристаллический кремний, 2,57 г/см3 (при температуре плавления 1414 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость) – кристаллический кремний, 2,0 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) – аморфный кремний
402	Температура плавления*	1414 °C (1687 K, 2577 °F)
403	Температура кипения*	3265 °C (3538 K, 5909 °F)
404	Температура сублимации
405	Температура разложения
406	Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407	Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)*	50,21 кДж/моль
408	Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)	383 кДж/моль
409	Удельная теплоемкость при постоянном давлении	0,713 Дж/г·K (при 25 °C)
410	Молярная теплоёмкость*	19,789 Дж/(K·моль)
411	Молярный объём	12,05386 см³/моль
412	Теплопроводность	149 Вт/(м·К) (при стандартных условиях) 149  Вт/(м·К) (при 300 K)
413	Коэффициент теплового расширения	2,6 мкм/(М·К) (при 25 °С)
414	Коэффициент температуропроводности
415	Критическая температура
416	Критическое давление
417	Критическая плотность
418	Тройная точка
419	Давление паров (мм.рт.ст.)
420	Давление паров (Па)
421	Стандартная энтальпия образования ΔH
422	Стандартная энергия Гиббса образования ΔG
423	Стандартная энтропия вещества S
424	Стандартная мольная теплоемкость Cp
425	Энтальпия диссоциации ΔHдисс
426	Диэлектрическая проницаемость
427	Магнитный тип
428	Точка Кюри
429	Объемная магнитная восприимчивость
430	Удельная магнитная восприимчивость
431	Молярная магнитная восприимчивость
432	Электрический тип
433	Электропроводность в твердой фазе
434	Удельное электрическое сопротивление
435	Сверхпроводимость при температуре
436	Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости
437	Запрещенная зона
438	Концентрация носителей заряда
439	Твёрдость по Моосу
440	Твёрдость по Бринеллю
441	Твёрдость по Виккерсу
442	Скорость звука
443	Поверхностное натяжение
444	Динамическая вязкость газов и жидкостей
445	Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных
446	Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных
446	Предел прочности на растяжение
447	Предел текучести
448	Предел удлинения
449	Модуль Юнга
450	Модуль сдвига
451	Объемный модуль упругости
452	Коэффициент Пуассона
453	Коэффициент преломления

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.

Естественное явление

Монокристалл муассанита (размер ≈1 мм)

Встречающийся в природе муассанит содержится в очень незначительных количествах в некоторых типах метеоритов, а также в месторождениях корунда и кимберлитах . Практически весь карбид кремния, продаваемый в мире, включая муассаниты, является синтетическим . Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году как небольшой компонент метеорита Каньон Диабло в Аризоне доктором Фердинандом Анри Муассаном , в честь которого этот материал был назван в 1905 году. Открытие Муассаном природного SiC первоначально оспаривалось, поскольку его образец мог быть загрязнен лезвиями из карбида кремния , которые уже были на рынке в то время.

Карбид кремния, хоть и редко встречающийся на Земле, широко распространен в космосе. Это обычная форма звездной пыли, обнаруживаемая вокруг богатых углеродом звезд , и примеры этой звездной пыли были обнаружены в первозданном состоянии в примитивных (неизмененных) метеоритах. Карбид кремния, обнаруженный в космосе и в метеоритах, почти всегда является бета-полиморфом . Анализ зерен SiC, обнаруженных в метеорите Мерчисон , углеродистом хондритовом метеорите, выявил аномальные изотопные отношения углерода и кремния, что указывает на то, что эти зерна возникли за пределами Солнечной системы.

Ранние эксперименты

Несистематические, менее признанные и часто непроверенные синтезы карбида кремния включают:

• Сезар-Мансуэт Деспре пропускает электрический ток через угольный стержень, погруженный в песок (1849 г.)
• Растворение кремнезема в расплавленном серебре в графитовом тигле Роберта Сидни Марсдена (1881 г.)
• Нагревание смеси кремния и кремнезема в графитовом тигле Пауля Шютценбергера (1881 г.)
• Нагревание кремния Альбертом Колсоном в потоке этилена (1882 г.).

Масштабное производство

Репликация экспериментов HJ Round со светодиодами

Широкомасштабное производство приписывают Эдварду Гудричу Ачесону в 1890 году. Ачесон пытался приготовить искусственные алмазы, когда нагрел смесь глины (силикат алюминия) и порошкообразного кокса (углерода) в железной чаше. Он назвал голубые кристаллы, которые образовали карборунд , полагая, что это новое соединение углерода и алюминия, подобное корунду . Муассан также синтезировал SiC несколькими способами, включая растворение углерода в расплавленном кремнии, плавление смеси карбида кальция и кремнезема и восстановление кремнезема углеродом в электрической печи.

Ачесон запатентовал метод производства порошка карбида кремния 28 февраля 1893 года. Ачесон также разработал электрическую печь периодического действия, с помощью которой SiC производится до сих пор, и сформировал Carborundum Company для производства объемного SiC, первоначально для использования в качестве абразива. В 1900 году компания заключила соглашение с Electric Smelting and Aluminium Company, когда решением судьи ее основатели «в целом» отдавали приоритет «восстановлению руд и других веществ методом накаливания». Говорят, что Ачесон пытался растворить углерод в расплавленном корунде ( оксид алюминия ) и обнаружил присутствие твердых сине-черных кристаллов, которые он считал соединением углерода и корунда: отсюда и карборунд. Возможно, он назвал материал «карборунд» по аналогии с корундом, еще одним очень твердым веществом (9 по шкале Мооса ).

SiC впервые использовался в качестве абразива. Затем последовали электронные заявки. В начале 20 века карбид кремния использовался в качестве детектора в первых радиоприемниках. В 1907 году Генри Джозеф Раунд создал первый светодиод, подав напряжение на кристалл SiC и наблюдая желтое, зеленое и оранжевое излучение на катоде. Позднее этот эффект был открыт О.В. Лосевым в Советском Союзе в 1923 году.

Применение SiC[править | править код]

Карборунд техническое название карбида кремния используемого в технических целях в качестве абразива. Используется так же для изготовления деталей химической и металлургической аппаратуры, работающих в условиях высоких температур. Цвет карборунда может варьироваться от бесцветного, до зеленого или чёрного.

Карбид кремния является перспективным полупроводниковым материалом. Он представляет собой широкозонный полупроводник (ширина запрещённой зоны E_g=2,2÷3,2 эВ, в зависимости от модификации).

Тип проводимости карбида кремния зависит от примесей. Проводимость n-типа получается при легировании азотом или фосфором, а проводимость p-типа — с помощью алюминия, бора, галлия или бериллия.
От типа и количества примеси сильно зависит электропроводность полученного материала.

Использование карбида кремния перспективно в силовой и СВЧ электронике в связи с высокими рабочими температурами, электрической прочностью и хорошей теплопроводностью. Широкая запрещенная зона открывает возможность использования карбида кремния в качестве материала для изготовления высокоэффективных светодиодов, охватывающих весь видимый диапазон спектра. Использование карбида кремния в качестве полупроводникового материала в настоящее время только начинается в связи с трудностью получения его высококачественных монокристаллов.

Карбид кремния используется как компонент композитной брони, применяемой для защиты вооружения и военной техники, а также в виде составного элемента слоистой брони керамика/органопластик в производстве бронежилетов. В бронежилете «Кожа дракона», созданном компанией Pinnacle Armor, используются диски из карбида кремния.

Из карбида кремния делают искусственные драгоценные камни для ювелирных изделий. Как ювелирный камень карбид кремния называется «синтетический муассанит» или просто «муассанит». Муассанит похож на алмаз: он прозрачен и тверд (9—9,5 по шкале Мооса, по сравнению с 10 для алмаза), с показателем преломления 2,65—2,69 (по сравнению с 2,42 для алмаза).

Карборунд: что это такое?

На самом деле, камень, созданный по велению небес, имеет природное происхождение, но встречается там в очень мизерных количествах. Карборунд, на языке ученых называемый карбидом кремния, имеет вид бесцветных, переливчатых кристаллов с алмазным блеском.

Итак, карборунд относится ко классу полупроводникового бинарного химического соединения, состоит из кремния и углерода, обозначается химической формулой SiC.

Этот материал очень тугоплавок и прочен. По сравнению с муассанитом, даже сам бриллиант, тихонечко отдыхает в сторонке. По прочности карборунд уступает пальму первенства лишь алмазу и боразону.

Природное происхождение карборунда

Уникальное, на диво прекрасное слияние кремния и углерода породило появление на свет блистательного минерала с легким оттеночным алмазным сиянием, это зрелище Богов, которое берет за душу своей непреклонной хрупкостью, удивительной нежностью и ангельской глубиной красоты.

В природе горстки мелких камушков – карбида кремния, распространены в очень малых количествах, поэтому крупные залежи найти не удалось. А почему не удалось – загадка века, над которой ломают головы все ученые.

Искусственное происхождение карборунда

Ювелирное искусство во все времена вызывало интерес у всех слоев населения. Чистый, радужный, наивный блеск драгоценностей будоражил сердце, заставляя его колотиться в сто крат сильнее, люди, как вороны, тянулись к тому, что сверкает и блестит.

И вот в 20 веке, на счастье народа, появился самый блестящий камень на планете – муассанит, от природы сам по себе очень красив, но какова красота усовершенствованного камня – просто ошеломительна!

Искусственный муассанит – это уникальное в своем роде сочетание истинного искусства и науки. В настоящее время на обработке карборунда специализируется всего одна-единственная компания в мире под названием Charles&Colvard.

Весь процесс происходит на новейшем высокотехнологичном оборудовании, специалисты внимательно следят за стадией роста камня, поэтому в структуре данного минерала нет ни единого изъяна! В результате в свет вышла новинка, произведенная по запатентованной технологии, эта новинка по красоте бьет все рекорды, это минерал наивысочайшего качества, который запечатлен в сердцах миллионов людей надолго.

Легендарный муассанит с его глубокой игрой света на гранях – один из самых благородных минералов в ювелирной коллекции, муассанит переливается самыми чистыми оттенками на свете, благодаря этому достигается уникальная внутренняя его красота, несравнимая с красотой любого другого камня на свете.

Глубокие ценители утонченности и эстетической красоты – ювелиры и коллекционеры, говорят о минерале, как о «венце творения»! Этот камень настолько хрупок, чист и священен, насколько это только можно! Это камень на миллион!

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.

Применение материала

Основной областью применения карбида кремния является электроника и энергетика. Это вещество используется при производстве полупроводниковых механизмов, светодиодов, резисторов, транзисторов и счетчиков энергии. Эти приспособления обладают высокой прочностью и могут стабильно функционировать в течение 10 лет. Они применяются в высокочастотной электронике. Изделия из карбида кремния отличаются следующими свойствами:

1. Обладают большой шириной запрещенной зоны;
2. Могут функционировать при высоких температурах (до 600 °C);
3. Располагают повышенной теплопроводностью, в отличие от приборов, выполненных из арсенида галлия и иных минералов.
4. Устойчивы к радиации и воздействию электрических зарядов.

Благодаря высокой огнеупорности и теплостойкости материала, он активно применяется в металлургии и химической промышленности. Из твердого раствора карборунда изготавливается множество нагревательных приборов, способны работать при высоких температурах (до 2000 °C). Эти приспособления могут функционировать в нейтральных или восстановленных средах. Нагревательные элементы активно используются при термообработке металлических деталей для керамических приборов и электронных компонентах.

Карбид кремния применяется в качестве абразива, что обусловлено высокой прочностью и низкой стоимостью химического соединения. При абразивной обработке этот материал используется в следующих процессах:

• шлифование;
• ламинирование бумажных изделий;
• пескоструйная обработка;
• хонингование;
• водоструйная резка.

Карборунд нашел широкое применение в производстве конструкционных материалов. Он обладает стойкостью к физическим нагрузкам и активно используется при изготовлении пуленепробиваемых жилетов и дисковых тормозов, устанавливаемых на транспортном средстве. С 1990-х гг. из карборунда изготавливают прочные газовые турбины. Они устойчивы к высоким температурам и ударным нагрузкам.

Источник

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.