معرفی اجمالی

سیلیکون کاربید یا کاربید سیلیسیم (Silicon carbide) یا کربوراندم (Carborundum) با فرمول شیمیایی Sic یک ماده معدنی نادر و کمیاب در طبیعت می باشد. این ماده به صورت جامد بلوری بوده و نمونه های خالص آن معمولا بی رنگ و شفاف می باشند. در صورتی که به سیلیکون کاربید برخی ناخالصی ها نظیر آلومینیوم و یا نیتروژن اضافه گردد، رنگ آن بسته به میزان ناخالصی اضافه شده به رنگ سبز یا آبی تبدیل خواهد شد. این ماده از ترکیب سیلیکون و کربن ساخته شده و به دلیل برخورداری از ویژگی هایی نظیر مقاومت مکانیکی بالا، نیمه هادی و همچنین سرامیکی بودن، در بسیاری از صنایع به خصوص صنایع ساخت دستگاه های ولتاژ بالا و واکنش سریع از آن استفاده می‌شود. سیلیکون کاربید برای اولین بار در سال ۱۸۹۱ و توسط آچسون کشف شد و در حال حاضر به عنوان یکی از مهم ترین و پرکاربردترین مواد سرامیکی صنعتی در جهان شناخته می شود. از این ماده امروزه به عنوان یک ماده افزودنی در تولید فولاد، سرامیک و مواد ساینده استفاده می شود.
البته تولید این ماده به شکل های مختلفی نظیر کاربید پیوندی رس و همچنین سیلیکون کاربید رسوب یافته انجام می گیرد که از کاربرد کمتری برخوردار هستند.

روش‌های تولید سیلیکون کاربید

سیلیکون کاربید یک ماده معدنی بسیار نادر و کمیاب است و به دلیل کاربرد بسیار گسترده آن، امروزه تولید آن به صورت مصنوعی و به روش سنتز انجام می گیرد. از سال ۱۸۹۳ تا کنون پودر آن به صورت انبوه به صورت کاملا مصنوعی تولید شده و برای ساخت مواد ساینده مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش سينتتیک یا روش آچسون به عنوان روش مصنوعی تولید سیلیکون کاربید شناخته شده و در این روش ابتدا سیلیس خالص با کک نفتی آسیاب شده یا ماسه کوارتز (کربن) در یک کوره مقاومت الکتریکی ترکیب شده و سپس باید تا دمای ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد گرم شوند. این ماده معمولا به صورت پودر ریز و به رنگ سیاه یا سبز تولید می شود که البته رنگ آن تا حدود زیادی به کیفیت مواد اولیه بستگی خواهد داشت.
لازم است بدانید که تمامی سیلیکون کاربید موجود در جهان به همین روش مصنوعی تولید شده و مقادیر بسیار کمی از آن در طبیعت و تنها در برخی از شهاب سنگ‌ها وجود دارد. تولید این ماده به صورت شمش نیز انجام گرفته و از آن در صنایع مختلف به صورت گسترده استفاده می‌شود.

ویژگی های کاربردی سیلیکون کارباید

سیلیکون کارباید دارای خواص بسیار زیادی می باشد که آن را به یک ماده محبوب در صنعت تبدیل کرده است بعضی از خواص ویژه آن عبارتند از:

سختی بالا

سیلیکون کارباید دارای درجه سختی ۹ موهس است و آن را به سخت‌ترین ماده موجود در کنار کاربید بور (۹.۵) و الماس (۱۰) تبدیل می‌کند. همین خاصیت ظاهری است که SiC را به گزینه‌ای عالی برای آب بندی مکانیکی، یاتاقان‌ها و ابزارهای برش تبدیل می‌کند.

مقاومت در برابر دمای بالا

مقاومت سیلیکون کاربید در برابر درجه حرارت بالا و شوک حرارتی خاصیتی است که اجازه می‌دهد SiC در ساخت آجرهای آتش نشانی و سایر مواد نسوز استفاده شود. تجزیه سیلیکون کاربید از ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد شروع می‌شود.

رسانایی

اگر SiC خالص شود، از خود رفتار عایق الکتریکی را نشان می‌دهد. با این حال، با کنترل ناخالصی‌ها، کاربیدهای سیلیسیم می توانند خصوصیات الکتریکی نیمه هادی را نشان دهند. به عنوان مثال، با مقادیر مختلف آلومینیوم با دوپینگ، یک نیمه هادی نوع p تولید می‌شود. به طور معمول گرید صنعتی این ماده دارای خلوص حدود ۹۸ تا ۹۹.۵٪ است. ناخالصی های معمول موجود شامل آلومینیوم، آهن، اکسیژن و کربن آزاد می‌باشد.

پایداری شیمیایی

سیلیکون کارباید یک ماده پایدار و از نظر شیمیایی خنثی با مقاومت بالا در برابر خوردگی است حتی در معرض یا جوش آمدن در اسیدها (اسید کلریدریک، سولفوریک یا هیدروفلوریک اسید) یا بازها (هیدروکسیدهای سدیم غلیظ) هیچ واکنشی از خود نشان نمی‌دهد. تحقیقات نشان داده که در کلر واکنش نشان می‌دهد، اما فقط در دمای ۹۰۰ درجه سانتی گراد و یا بالاتر امکان پذیر است. سیلیکون کارباید در درجه حرارت حدود ۸۵۰ درجه سانتی گراد باشد در هوا واکنش اکسیداسیون را شروع می‌کند.