ซิลิคอนคาร์ไบด์ (ซิซี), หรือที่เรียกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์หรือคอรันดัม, เป็นสารประกอบที่ประกอบด้วยซิลิคอนและคาร์บอน. ต่อไปนี้เป็นข้อเท็จจริงสำคัญบางประการเกี่ยวกับซิลิคอนคาร์ไบด์:

• โครงสร้าง: ซิลิคอนคาร์ไบด์มีโครงสร้างผลึกที่หลากหลาย, ที่พบมากที่สุดคือα-SiC และ β-SiC. α-SiC มีโครงสร้างหกเหลี่ยม, ในขณะที่ β-SiC มีโครงสร้างลูกบาศก์.
• ความแข็ง: ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น, ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งมาก, รองจากเพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์เท่านั้น. มักจะได้รับการจัดอันดับ 9 ถึง 9.5 ในระดับความแข็ง Mohs.
• แอปพลิเคชัน:
  • สารกัดกร่อน: เนื่องจากมีความแข็งสูงมาก, ซิลิคอนคาร์ไบด์มักใช้ในสารกัดกร่อนเช่นกระดาษทราย, ล้อเจียร, ฯลฯ.
  • เซมิคอนดักเตอร์: ซิลิคอนคาร์ไบด์มีการใช้งานที่หลากหลายในอุณหภูมิสูง, ความถี่สูง, และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงเพราะสามารถรักษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าภายใต้สภาวะที่รุนแรงได้.
  • วัสดุทนไฟ: เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูง (เกี่ยวกับ 2730 องศาเซลเซียส), ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นวัสดุทนไฟและวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง.
  • เซรามิกส์: เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน, แมวน้ำ, และชิ้นส่วนยานยนต์เนื่องจากมีความแข็งและทนต่อการสึกหรอสูง.
• การผลิต: ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถผลิตได้หลายวิธี, ที่พบมากที่สุดคือทำปฏิกิริยากับซิลิคอนไดออกไซด์ (เช่น ทรายควอทซ์) ด้วยคาร์บอน (เช่นโค้ก) ที่อุณหภูมิสูงเพื่อผลิต SiC.
• คุณสมบัติ: นอกจากจะมีความแข็งแล้ว, ซิลิคอนคาร์ไบด์ยังมีค่าการนำความร้อนสูงอีกด้วย, ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ, เสถียรภาพทางเคมีและความต้านทานการกัดกร่อน.

แท่งซิลิกอนคาร์ไบด์

คือซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นเซรามิก​

ใช่, ซิลิกอนคาร์ไบด์ (ซิซี) ถือได้ว่าเป็นวัสดุเซรามิก.

• คำนิยาม: เซรามิกมักหมายถึงวัสดุที่ทำจากวัสดุอนินทรีย์อโลหะ (เช่นออกไซด์, ไนไตรด์, คาร์ไบด์, ฯลฯ) ผ่านการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง. ซิลิคอนคาร์ไบด์ตรงตามคำจำกัดความนี้.
• คุณสมบัติ: ซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติเซรามิกทั่วไปหลายประการ, รวมทั้ง:
  • มีความแข็งสูง: ตามที่ได้กล่าวไปแล้ว, ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งมาก.
  • จุดหลอมเหลวสูง: เกี่ยวกับ 2730 องศาเซลเซียส, สูงกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะส่วนใหญ่มาก.
  • ทนต่ออุณหภูมิสูง: ซิลิคอนคาร์ไบด์รักษาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีไว้ที่อุณหภูมิสูง.
  • ความต้านทานการกัดกร่อน: มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของสารเคมีส่วนใหญ่ได้ดี.
  • ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: ซึ่งหมายความว่าซิลิคอนคาร์ไบด์จะเปลี่ยนปริมาตรน้อยลงเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง.
• แอปพลิเคชัน: ในการใช้งานเซรามิกส์, ซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้ทำวัสดุทนไฟ, เซรามิกที่ทนต่อการสึกหรอ, เซรามิกโครงสร้าง, เซรามิกอิเล็กทรอนิกส์, ฯลฯ. ตัวอย่างเช่น:
  • เซรามิกโครงสร้าง: ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน, แมวน้ำ, เครื่องมือตัด, ฯลฯ.
  • เซรามิกอิเล็กทรอนิกส์: ใช้เป็นวัสดุพื้นผิวหรือวัสดุบรรจุภัณฑ์ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์.

เป็นซิลิคอนคาร์ไบด์ที่แข็งกว่าอะลูมิเนียมออกไซด์​

ใช่, ซิลิกอนคาร์ไบด์ (ซิซี) แข็งกว่าอะลูมิเนียมออกไซด์ (อัล₂O₃). ความแข็ง Mohs ของซิลิคอนคาร์ไบด์อยู่ระหว่างประมาณ 9 และ 9.5, ในขณะที่ความแข็ง Mohs ของอะลูมิเนียมออกไซด์มักจะอยู่ที่ประมาณ 9. ดังนั้น, โดยทั่วไปแล้วซิลิคอนคาร์ไบด์ถือเป็นวัสดุที่แข็งกว่าอะลูมิเนียมออกไซด์.

แผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์เกิดขึ้นได้อย่างไร​

วิธีทำซิลิคอนคาร์ไบด์​? มีหลายวิธีในการเตรียมซิลิคอนคาร์ไบด์ (ซิซี). ต่อไปนี้เป็นกระบวนการผลิตหลักบางส่วน:

1. กระบวนการแอจิสัน:
   • วัตถุดิบ: ทรายควอทซ์ (ส่วนใหญ่เป็นซิลิคอนไดออกไซด์, SiO₂), โค้ก (คาร์บอน, ค) และเกลือ.
   • กระบวนการ: ผสมทรายควอทซ์กับโค้ก, เติมเกลือเล็กน้อย (เป็นฟลักซ์), แล้วจึงตั้งไฟให้ร้อนประมาณ 2000-2500 องศาเซลเซียสในเตาไฟฟ้า. การไล่ระดับอุณหภูมิจะเกิดขึ้นภายในเตาไฟฟ้า, โดยมีอุณหภูมิสูงสุดตรงกลางและอุณหภูมิต่ำสุดที่ขอบ. ที่อุณหภูมิสูง, SiO₂ ในทรายควอตซ์ทำปฏิกิริยากับ C ในโค้กเพื่อสร้าง SiC:
     [
     SiO₂ + 3C ลูกศรขวา SiC + 2อะไรลูกศรขึ้น
     ]
   • ผลิตภัณฑ์: เม็ด SiC ที่ได้รับมีขนาดแตกต่างกันและจำเป็นต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม.
2. การสะสมไอสารเคมี (ซีวีดี):
   • แหล่งก๊าซ: ใช้ก๊าซเช่นไซเลน (SiH₄) และมีเทน (ช₄) เป็นสารตั้งต้น.
   • กระบวนการ: ที่อุณหภูมิสูง (ปกติ 1,000-1500°C) และความดันต่ำ, ก๊าซจะสลายตัวโดยปฏิกิริยาเคมี, และอะตอมของ Si และ C จะสะสมอยู่บนพื้นผิวของสารตั้งต้นเพื่อสร้างฟิล์มหรือสารเคลือบ SiC.
   • แอปพลิเคชัน: ใช้ในการผลิตที่มีความบริสุทธิ์สูง, วัสดุ SiC ที่มีโครงสร้างละเอียด, เช่น อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ.
3. กระบวนการโซล-เจล:
   • วัตถุดิบ: ใช้สารละลายสารตั้งต้นอินทรีย์ที่มีซิลิคอนและคาร์บอน, เช่น เตตราเอทอกซีไซเลน (ทีโอเอส).
   • กระบวนการ: สร้างอนุภาคหรือฟิล์ม SiC ผ่านขั้นตอนต่างๆ เช่น การทำไฮโดรไลซิส, การควบแน่น, เจลและการเผาผนึก.
4. การเผาผนึกด้วยเลเซอร์:
   • วิธี: ใช้เลเซอร์เพื่อให้ความร้อนและทำให้ผง SiC เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้เกิดการเผาผนึกอย่างรวดเร็ว.
5. วิธีเฟสของเหลว:
   • วัตถุดิบ: ใช้สารตั้งต้นที่เป็นของเหลว, เช่น โพลีคาร์โบซิเลน (พีซีเอส).
   • กระบวนการ: สารตั้งต้นที่เป็นของเหลวถูกให้ความร้อนจนเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์, เชื่อมขวาง, และแปลงเป็น SiC ในที่สุด.
6. การเผาผนึกปฏิกิริยา:
   • วิธี: ผง SiC ผสมกับซิลิกอน (และ), และหลังกระบวนการเผาผนึก, Si และ C ตอบสนองต่อการสร้าง SiC.

เสาซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้ทำอะไร​

1.มีฤทธิ์กัดกร่อน

• กระดาษทรายและอุปกรณ์บด: ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นสารขัดเนื่องจากมีความแข็งสูงในการทำกระดาษทราย, ล้อเจียร, หินเจียร, ฯลฯ.
• ขัด: ใช้สำหรับขัดโลหะ, กระจก, เซรามิกและวัสดุอื่นๆ.

2.วัสดุทนไฟ

• เยื่อบุเตาเผา: เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง, ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นวัสดุซับในเตาเผา.
• วัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง: ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถรักษาความแข็งแรงเชิงกลได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง.

3. วัสดุเซมิคอนดักเตอร์

• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์: ซิลิคอนคาร์ไบด์มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม และเหมาะสำหรับการผลิตที่อุณหภูมิสูง, อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ความถี่สูงและกำลังสูงเช่น MOSFET, ไดโอด, ไฟ LED, ฯลฯ.
• อุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์: ใช้ในการผลิตไดโอดเปล่งแสง (ไฟ LED), เลเซอร์ไดโอด, ฯลฯ.

4. วัสดุเซรามิก

• เซรามิกโครงสร้าง: ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน, แมวน้ำ, เครื่องมือตัด, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, ฯลฯ.
• วัสดุกันกระสุน: เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งและทนต่อแรงกระแทกสูง และใช้ในการผลิตเสื้อเกราะกันกระสุนและชุดเกราะ.

5. เคลือบทนต่อการสึกหรอ

• วัสดุเคลือบ: การเคลือบซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้เพื่อปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อนของส่วนประกอบ, เช่น ใบพัดกังหัน, ชิ้นส่วนยานยนต์, ฯลฯ.

6. องค์ประกอบความร้อนที่อุณหภูมิสูง

• องค์ประกอบความร้อน: ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นวัสดุองค์ประกอบความร้อนเนื่องจากมีการนำความร้อนสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง.

ซิลิกอนคาร์ไบด์ย้อย

7. อุตสาหกรรมโลหะวิทยา

• เตาถลุง: ใช้ทำวัสดุซับในเตาถลุง.
• แม่พิมพ์หล่อ: ซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้ทำแม่พิมพ์หล่อ.

8. เคมีภัณฑ์

• วัสดุกรอง: องค์ประกอบตัวกรองเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้สำหรับการกรองก๊าซอุณหภูมิสูง.
• ผู้ให้บริการตัวเร่งปฏิกิริยา: มันถูกใช้เป็นวัสดุพาหะสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา.

9. ยานยนต์

• ผ้าเบรก: ซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้ในการผลิตผ้าเบรกประสิทธิภาพสูง.
• ชิ้นส่วนเครื่องยนต์: เช่น ปลอกสูบ, แหวนลูกสูบ, ฯลฯ.

10. เลนส์

• เลนส์และหน้าต่าง: ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นการส่งผ่านแสงในการใช้งานด้านแสงอินฟราเรด.

11. การบินและอวกาศและการบิน

• ส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง: ซิลิคอนคาร์ไบด์ใช้ในการผลิตส่วนประกอบสำหรับยานอวกาศและเครื่องยนต์การบินและอวกาศ เนื่องจากมีความทนทานต่ออุณหภูมิและการกัดกร่อนสูง.

12. พลังงาน

• เซลล์แสงอาทิตย์: ซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าโปร่งใสในเซลล์แสงอาทิตย์.
• เซลล์เชื้อเพลิง: เป็นวัสดุอิเล็กโทรด.

พื้นที่การใช้งานของซิลิคอนคาร์ไบด์ยังคงขยายตัว, และด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี, นอกจากนี้ยังมีการสำรวจและพัฒนาพื้นที่การใช้งานใหม่อีกด้วย.

ลำแสงซิลิคอนคาร์ไบด์