1. Asos: atom tuzilishi va bog'lanish
Silikon karbid - atarmoq kovalent qattiq. Bu shuni anglatadiki, uning butun kristall tuzilishi yo'nalish bo'yicha bir-biriga bog'langan ulkan, uch o'lchovli panjaradir.kovalent aloqalarkremniy (Si) va uglerod (C) atomlari o'rtasida.
Har bir kremniy atomitetraedral bog'langanto'rtta uglerod atomiga.
Har bir uglerod atomitetraedral bog'langanto'rtta kremniy atomiga qadar.
Bu juda qattiq, yuqori darajada o'zaro bog'langan ramka yaratadi. TheSi-Cbog'ning o'zi tabiatdagi eng kuchli bog'lanishlardan biri bo'lib, yuqoribog'lanish energiyasi.
2. Ajoyib qattiqlikka qo'shgan hissasi
Qattiqlik - bu materialning plastik deformatsiyaga (masalan, tirnalgan yoki chuqurchaga) chidamliligi. InSiC:
Kesish/slipga qarshilik:Metalllarda va ba'zi keramikalarda deformatsiyalar atomlar tekisliklari bir-biridan sirg'alib o'tganda sodir bo'ladi (dislokatsiya harakati). SiC ning qattiq 3D kovalent tarmog'ida har qanday bunday siljish talab qilinadibir vaqtning o'zida bir nechta, kuchli yo'nalishli kovalent aloqalarni buzish. Bu juda energiya talab qiladigan-.
Qisqa bog'lanish uzunligi:TheSi-Cbog'lanish nisbatan qisqa bo'lib, atomlarni bir-biriga yaqinlashtiradi va birlik hajmdagi bog'lanish zichligini oshiradi. Ushbu "zich o'ralgan" kuchli bog'lanish tarmog'i indenter uchun atomlarni bir-biridan ajratishni qiyinlashtiradi.
Natija:SiC ma'lum bo'lgan eng qattiq materiallardan biridir (Mohs qattiqligi ~ 9-9,5, olmosga yaqinlashadi, bu sof uglerodli kovalent tarmoq). sifatida keng qo'llaniladiabraziv(zımpara, silliqlash g'ildiraklarida) va ichidazirhli qoplama.
3. Istisno issiqlik barqarorligiga hissa
Termal barqarorlik deganda materialning yuqori haroratlarda tuzilishi va xususiyatlarini saqlab qolish qobiliyati tushuniladi.SiCBu erda quyidagilar tufayli ustunlik qiladi:
Yuqori bog'lanish kuchi va erish nuqtasi:Kuchli kovalent bog'lanishlar tartiblangan panjarani suyuqlikka (eritma) parchalash uchun etarlicha kuchli tebranish uchun juda katta miqdordagi issiqlik energiyasini (juda yuqori haroratlar, odatda 2700 darajadan yuqori) talab qiladi.
Oksidlanishga qarshilik:Yuqori haroratlarda SiC yupqa, uzluksiz va yopishqoq qatlam hosil qiladikremniy dioksidi (SiO₂)uning yuzasida. Bu shishasimon qatlam himoya to'siq bo'lib, uning ostidagi SiC ning keyingi oksidlanishini keskin sekinlashtiradi. Bu “oʻz-oʻzidan passivatsiya”{2}}koʻpchilik metallar tez oksidlanishi yoki erishi mumkin boʻlgan haroratlarda havoda ishlashiga imkon beradi.
Past issiqlik kengayishi va yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi:Kuchli bog'lanishlar natijasida barqaror panjara hosil bo'ladipast termal kengayish, ya'ni u tez harorat o'zgarishida osongina burilmaydi yoki yorilib ketmaydi. Shu bilan birga, uning atom tuzilishi samarali bo'lishga imkon beradifonon(panjara tebranishi) tashish, uni berishyuqori issiqlik o'tkazuvchanligi. Bu kombinatsiya (past kengayish + yuqori o'tkazuvchanlik) SiC issiqlikni termal zarbaga duchor qilmasdan samarali ravishda tarqatishi mumkinligini anglatadi, bu esa uni yuqori haroratli issiqlik almashtirgichlar va aerokosmik komponentlar uchun ideal qiladi.
Asosiy xulosalar jadvali: Bog'lanishdan mulkka
| Mulk | Kovalent bog'lanish qanchalik kuchli | Amaliy ta'sir |
|---|---|---|
| Haddan tashqari qattiqlik | Qattiq, 3D tarmoq, bunda deformatsiya uchun koʻplab yuqori{1}}energiya yoʻnalishi boʻgʻinlarini uzish talab etiladi. Oson sirpanish samolyotlari yo'q. | Aşındırıcılar, kesish asboblari, aşınmaya bardoshli-parchalar va zirhlar uchun ishlatiladi. |
| Yuqori erish nuqtasi | Tremendous thermal energy ( >2,700 daraja ) bog'lanish kuchini yengish va panjarani buzish uchun kerak. | Pechlarda, raketa nozullarida va yuqori haroratli-yadro reaktorlarida foydalanish mumkin. |
| Oksidlanishga qarshilik | Himoya SiO₂ qatlamini hosil qiladi, u ostidagi kuchli kovalent Si-C panjarasini keyingi hujumlardan himoya qiladi. | Yuqori haroratli oksidlovchi muhitlarda (masalan, turbinali dvigatellar)-yaxlitlikni saqlaydi. |
| Yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi | Qattiq, kuchli bog'lanishlar va tartiblangan panjara issiqlik-tashuvchi panjara tebranishlarining (fononlarning) samarali tarqalishiga imkon beradi. | Yuqori quvvatli{0}}elektronikadagi issiqlik qabul qiluvchilar uchun juda muhim, bu esa qurilmalarni salqin saqlash imkonini beradi. |
| Kimyoviy inertlik | To'yingan, kuchli kovalent aloqalar osonlikcha buzilmaydi yoki kislotalar, ishqorlar yoki erigan metallar tomonidan hujumga uchramaydi. | Korroziv kimyoviy muhitlar uchun muhrlar, podshipniklar va komponentlarda qo'llaniladi. |
Aslini olganda, kuchli Si-C kovalent bog‘lanish nihoyatda mustahkam va barqaror uch o‘lchovli-tarmoqni yaratuvchi asosiy “qurilish bloki”dir.Ushbu tarmoq mexanik deformatsiyaga (qattiqlik) to'g'ridan-to'g'ri qarshilik ko'rsatadi, parchalanish uchun juda katta energiya talab qiladi (issiqlik barqarorligi / erish nuqtasi) va uning boshqa ajoyib termal va kimyoviy xususiyatlariga asos bo'ladi. Bu noyob kombinatsiya nima uchun SiC aerokosmik, energetika, elektronika va og'ir sanoatda ekstremal ilovalar uchun asosiy materialdir.
