Siliciumcarbid (SiC) ist eine synthetisch hergestellte, außergewöhnlich harte kristalline Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff. Es wird aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit, seiner mechanischen Eigenschaften und seiner thermischen Eigenschaften als technische Keramik eingestuft.
Kristallstruktur und Arten:
Siliciumcarbid kommt in mehreren verschiedenen Formen vor, die als Polytypen bezeichnet werden, wobei die beiden Hauptformen α-SiC und β-SiC sind. β-SiC hat ein kubisches Kristallsystem, in dem Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) ein kubisch-flächenzentriertes Gitter bilden. α-SiC hingegen weist über 100 Polytypen auf, darunter 4H, 15R und 6H, wobei 6H in industriellen Anwendungen am häufigsten vorkommt. Der Übergang zwischen diesen Formen ist temperaturabhängig, wobei β-SiC unter 1600°C stabil ist und sich bei höheren Temperaturen in α-SiC umwandelt.Produktionsmethoden:
- Für die industrielle Herstellung von Siliciumcarbid gibt es mehrere Methoden:
- Acheson-Methode (traditionelle karbothermische Reduktion): Bei dieser Methode wird ein Gemisch aus hochreinem Quarzsand oder gebrochenem Quarzerz mit Petrolkoks, Graphit oder feinem Anthrazitpulver unter Verwendung einer Graphitelektrode auf über 2000 °C erhitzt. Bei diesem Verfahren wird α-SiC-Pulver synthetisiert.
- Siliziumdioxid-Niedertemperatur-Karbothermische Reduktion: Bei diesem Verfahren, das dem Acheson-Verfahren ähnelt, wird eine niedrigere Synthesetemperatur (1500 bis 1800 °C) verwendet, um β-SiC-Pulver mit höherer Reinheit herzustellen.
Direkte Silizium-Kohlenstoff-Reaktion: Bei dieser Methode wird metallisches Siliziumpulver direkt mit Kohlenstoffpulver bei 1000-1400°C umgesetzt, um hochreines β-SiC-Pulver zu erzeugen.
- Anwendungen:
- Siliziumkarbid wird aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften in verschiedenen Branchen eingesetzt:Halbleiterindustrie:
- SiC wird aufgrund seiner hohen Härte, seines geringen Verschleißes und seines ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Siliziumwafer in Schleifscheiben, Vorrichtungen und als Halbleitermaterial verwendet. Aufgrund seiner Eigenschaften ist es für Hochgeschwindigkeitsschleifen und -polieren geeignet.Heizelemente:
SiC wird aufgrund seiner Hochtemperaturfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit in Heizelementen für Industrieöfen verwendet.Keramische Anwendungen:
Als keramisches Material bietet SiC im Vergleich zu anderen Keramiken eine hohe elektrische Leitfähigkeit, so dass es sich für Elemente eignet, die durch Pressen oder Extrudieren und anschließendes Sintern hergestellt werden.
