Silikonkarbied

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Jump to navigation Jump to search
Eienskappe

Algemeen

Naam Silikonkarbied
Struktuurformule van
Siliciumcarbid.jpg
Chemiese formule SiC
Molêre massa 40,1 [g/mol]
CAS-nommer 409-21-1[1]  
Reuk geen[1]
Fasegedrag
Smeltpunt 2700  °C (sublimeer)[1]
Kookpunt 3350  °C[1]
Digtheid 3,2 (rel t.o. water)[1]
Oplosbaarheid

Suur-basis eienskappe

pKa

Veiligheid

Flitspunt onbrandbaar

Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.

 

Silikonkarbied is 'n chemiese verbinding van silikon en koolstof. Sy formule is SiC.

Dit word natuurlik in meteoriete aangetref, byvoorbeeld in presolêre korrels, maar dit is hoofsaaklik 'n sintetiese materiaal wat uit die elemente vervaardig word.

Geskiedenis[wysig | wysig bron]

Silikonkarbied is 'n halfgeleier. Die eerste navorsing op hierdie gebied is van die Marconi-bedryf is 1907. Dit was nogtans eers in 1955 dat Ley 'n sublimasie-proses gewys het om taamlike suiwer SiC-plaatjies te vervaardig. Die eerste konferensie wat aan hierdie belangrike materiaal gewy is het in 1959 in Boston, MA plaasgevind.[2]

Struktuur[wysig | wysig bron]

SiC is die enigste bekende silikumkarbied, maar dit het heelparty kristalstrukture. Hulle is almal op digpakking van die koolstof- en silikonatome gebaseer, maar daar is heelparty weergawes, wat politipes genoem word. Die enigste vorm wat kubiese simmetrie besit is β-SiC of 3C-SiC wat 'n kubiese digpakking ABCABCABC vertoon en wat se struktuur met die kubiese sfalerietstruktuur ooreenkom (die B3-struktuur). Daarnaas bestaan talle politipes met ander stapelings. Een daarvan is heksagonale α-SiC of 2H-SiC wat die wurtzietstruktuur (B4) besit. Die eienskappe, soos die bandgaping verskil effens: Die kleur van beta is geel, alfa s'n is kleurloos. Die meeste politipes is metastabiel; die 2H-vorm is stabiel.[2]

Natuurlike voorkoms[wysig | wysig bron]

'n Enkel kristal van moissaniet (~1 mm groot)

Natuurlik voorkomende moissaniet kom in klein hoeveelhede voor in sekere soorte meteoriete en in korundneerslae en kimberliet. Feitlik al die silikonkarbied wat in die wêreld verkoop word, insluitend moissaniet-juwele, is sinteties. Natuurlike moissaniet is die eerste keer in 1893 gevind as 'n klein gedeelte van die "Canyon Diablo"-meteoriet in Arizona deur dr. Ferdinand Henri Moissan, na wie die materiaal in 1905 vernoem is.[3] Moissan se ontdekking van SiC wat natuurlik voorkom, is aanvanklik betwis omdat sy monster besmet kon wees deur silikonkarbiedsaaglemme wat op daardie stadium reeds op die mark was.[4]

Hoewel dit skaars op die aarde is, kom silikonkarbied opvallend algemeen in die ruimte voor. Dit is 'n algemene vorm van sterrestof wat rondom koolstofryke sterre voorkom, en voorbeelde van hierdie sterrestof is in ongerepte toestand in primitiewe (onveranderde) meteoriete gevind. Die silikonkarbied wat in die ruimte en in meteoriete voorkom, is byna uitsluitlik die beta-polimorf. Analise van SiC-korrels wat in die Murchison-meteoriet ('n koolstofbevattende chondriet-meteoriet) gevind is, het afwykende isotopiese verhoudings van koolstof en silikon aan die lig gebring, wat daarop dui dat hierdie korrels buite die sonnestelsel ontstaan ​​het.[5]

Produksie[wysig | wysig bron]

Sintetiese SiC kristalle ~3 mm in deursnee

Omdat natuurlike moissaniet uiters skaars is, is die meeste silikonkarbied wat in die wêreld verkoop word sinteties. Silikonkarbied word gebruik as 'n skuurmiddel, sowel as 'n halfgeleier en juweelkwaliteit diamantvervanger. Die eenvoudigste proses om silikonkarbied te vervaardig is om silika-sand en koolstof in 'n Acheson-grafiet-elektriese weerstandsoond te kombineer teen 'n hoë temperatuur, tussen 1 600 °C en 2 500 °C. Fyn SiO2-deeltjies in plantmateriaal (byvoorbeeld rysskille) kan in SiC omgeskakel word deur die oortollige koolstof uit die organiese materiaal te verhit.[6] Die silika-rook, wat 'n neweproduk is van die vervaardiging van silikonmetaal en ferro-silikonlegerings, kan ook in SiC omgeskakel word deur dit met grafiet teen 1 500 °C te verhit.[7]

Die materiaal wat in die Acheson-oond gevorm word, wissel in suiwerheid, afhangende van die afstand daarvan tot die grafietweerstandhittebron. Kleurlose, liggeel en groen kristalle het die hoogste suiwerheid en kom die naaste aan die weerstandhittebron voor. Die kleur verander na blou en swart op 'n groter afstand van die hittebron en hierdie donkerder kristalle is minder suiwer. Stikstof en aluminium is algemene onsuiwerhede, en dit beïnvloed die elektriese geleiding van die silikonkarbied.[2]

Sintetiese SiC Lely-kristalle

Suiwer silikonkarbied kan vervaardig word deur die Lely-proses,[8] waarin SiC-poeier in hoë-temperatuur-spesies silikon, koolstof, silikondikarbied (SiC2) en disilikonkarbied (Si2C) in 'n argongasatmosfeer gesublimiseer word teen 2 500 °C en weer neergelê in vlokagtige enkelkristalle,[9] tot 2 × 2 cm groot, op 'n effens kouer substraat. Hierdie proses lewer enkelkristalle van hoë gehalte, meestal van 6H-SiC-fase (as gevolg van hoë groeitemperatuur).

'n Gewysigde Lely-proses wat induksieverhitting in grafiethouers behels, lewer nog groter enkelkristalle met 'n deursnee van 10 cm wat 81 keer groter is as die gewone Lely-proses.[10]

Kubieke SiC word gewoonlik gegroei deur die duurder proses van chemiese dampneerslag van silaan, waterstof en stikstof.[2][11]

SiC kan ook tot wafels gemaak word deur 'n enkele kristal te sny met behulp van 'n diamantsaag of deur 'n laser. SiC is 'n nuttige halfgeleier wat ondermeer in kragelektronika gebruik word.[12]

Verwysings[wysig | wysig bron]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 "Science Lab" (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 29 Junie 2018.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Harris, Gary (1995). Properties of silicon carbide (in Engels). London, U.K: IEE, INSPEC. ISBN 978-0-85296-870-3. OCLC 62113255.
  3. Moissan, Henri (1904). "Nouvelles recherches sur la météorité de Cañon Diablo". Comptes rendus (in Frans). 139: 773–86.
  4. Di Pierro, S.; Gnos, E.; Grobety, B.H.; Armbruster, T.; Bernasconi, S.M.; Ulmer, P. (2003). "Rock-forming moissanite (natural α-silicon carbide)". American Mineralogist. 88 (11–12): 1817–21. Bibcode:2003AmMin..88.1817D. doi:10.2138/am-2003-11-1223. S2CID 128600868.
  5. Kelly, Jim. "The Astrophysical Nature of Silicon Carbide". University College London (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 4 Mei 2017. Besoek op 22 Desember 2020.
  6. Vlasov, A.S. (1991). "Obtaining silicon carbide from rice husks". Refractories and Industrial Ceramics (in Engels). 32 (9–10): 521–523. doi:10.1007/bf01287542. S2CID 135784055.
  7. Zhong, Y.; Shaw, Leon L.; Manjarres, Misael; Zawrah, Mahmoud F. (2010). "Synthesis of Silicon Carbide Nanopowder Using Silica Fume". Journal of the American Ceramic Society (in Engels). 93 (10): 3159–3167. doi:10.1111/j.1551-2916.2010.03867.x.
  8. Lely, Jan Anthony (1955). "Darstellung von Einkristallen von Silicium Carbid und Beherrschung von Art und Menge der eingebauten Verunreinigungen". Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft (in Duits). 32: 229–236.
  9. "Lely Wafers". Nitride Crystals, Inc. Besoek op 22 December 2020.
  10. Ohtani, N. (2001). Nippon Steel Technical Report no. 84 : Large high-quality silicon carbide substrates (PDF). Geargiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 17 Desember 2010.
  11. Byrappa, K.; Ohachi, T. (2003). Crystal growth technology. Springer. pp. 180–200. ISBN 978-3-540-00367-0.
  12. "KABRA | DISCO Corporation". 共通 | DISCO Corporation. 21 Augustus 2020. Besoek op 22 Desember 2020.