วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์

ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัตถุดิบที่สำคัญในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ มีการใช้งานต่างๆ เช่น เซรามิก SiC ขั้นสูง, สารกัดกร่อน, กันลื่น, เซมิคอนดักเตอร์ฯลฯ เรามาดูกันว่ามันพัฒนาอย่างไร

อันดับอะตอม NO. ของคาร์บอนและซิลิกอนมีค่าเท่ากับ 6 และ 14 ตามลำดับ พวกมันอยู่ในช่วงที่สองและสามของธาตุกลุ่มคาร์บอนในตารางธาตุ ความสัมพันธ์ตำแหน่งนี้หมายความว่าพวกเขามีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันในบางประการ

คาร์บอนมีอยู่ทั่วไปในชีวิตของเรา และสารประกอบที่ประกอบด้วยคาร์บอนเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ซิลิคอนยังมีอยู่มากในเปลือกโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้ในเซมิคอนดักเตอร์และการสื่อสารสมัยใหม่ ซึ่งได้ส่งเสริมการพัฒนาของอารยธรรมมนุษย์

ในโลกของเคมี คาร์บอนและซิลิกอนเปรียบเสมือนพี่น้องในครอบครัวเดียวกัน พวกเขาอยู่ร่วมกันบนแผ่นดินโลกมาเป็นเวลาหลายพันล้านปี แต่ไม่ได้สร้างมิตรภาพที่แข็งแกร่งของชีวิตและความตาย แร่ซิลิกอนคาร์ไบด์ในธรรมชาตินั้นหายากมาก

ในปี พ.ศ. 2367 นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน Jons Jakob Berzelius ได้สังเกตเห็นการมีอยู่ของซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) เมื่อทำการสังเคราะห์เพชร ซึ่งเปิดจุดเริ่มต้นของการวิจัยของมนุษย์เกี่ยวกับวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์ จนถึงปี 1891 American EG Acheson ได้รับซิลิกอนคาร์ไบด์โดยไม่ได้ตั้งใจเมื่อเขาทำการทดลองเพชรหลอมรวม ในเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์คิดว่าวัสดุนั้นเป็นส่วนผสมของเพชร ดังนั้นพวกเขาจึงเรียกว่าซิลิกอนคาร์ไบด์กากกะรุน

ในปี พ.ศ. 2436 แอจิสันได้พัฒนาวิธีการถลุงซิลิคอนคาร์ไบด์ทางอุตสาหกรรม ซึ่งมักเรียกกันว่าเตาหลอมแอจิสันซึ่งมีการใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน วิธีนี้เหมือนกับเตาเผาความต้านทานที่มีวัสดุคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลัก และส่วนผสมของ SiO2 ควอตซ์และคาร์บอนถูกทำให้ร้อนด้วยไฟฟ้าเพื่อสร้างซิลิกอนคาร์ไบด์

องค์ประกอบ C และ Si ได้ร่วมมือกันเพื่อทำให้ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพที่ยอดเยี่ยมมากมาย:

ความเฉื่อยทางเคมีที่เหนือกว่า

ความแข็งสูง

มีความแข็งแรงสูง

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ

การนำความร้อนสูง

ชนิดของสารกึ่งตัวนำ

ซิลิกอนคาร์ไบด์บริสุทธิ์เป็นผลึกใสชนิดหนึ่ง ซิลิกอนคาร์ไบด์อุตสาหกรรมมีสีเหลืองซีด สีเขียว สีฟ้า หรือแม้แต่สีดำ เนื่องจากประเภทและเนื้อหาของสิ่งเจือปน ในระหว่างนี้ ความโปร่งใสแตกต่างกันไปตามความบริสุทธิ์ โครงสร้างผลึกของซิลิกอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็น α-SiC หกเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน และลูกบาศก์ β-SiC (ลูกบาศก์ซิลิกอนคาร์ไบด์) α-SiC ประกอบด้วยตัวแปรต่างๆ มากมายเนื่องจากโครงสร้างการเรียงซ้อนที่แตกต่างกันของ C และ Si SiC มีมากกว่า 70 ชนิด

การใช้งานทั่วไปของวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์คือเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ มีความแข็งสูง ทนต่อการกัดกร่อนสูง และทนต่ออุณหภูมิสูง ทุกวันนี้ การใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ได้พัฒนาจากวัสดุกัดกร่อนแรกสุดไปสู่หลายสาขา เช่น ตลับลูกปืน เซมิคอนดักเตอร์ การบินและอวกาศ และเคมี เนื่องจากพื้นที่ผิวสัมผัสที่สูงระหว่างสารเคมีกับผนังด้านในของไมโครแชนเนล ไมโครรีแอคเตอร์จึงมีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากเกี่ยวกับวัสดุของผนังด้านใน เครื่องปฏิกรณ์แบบไมโครแชนเนลได้กลายเป็นการใช้งานที่สำคัญของซิลิกอนคาร์ไบด์