Муассанит

Муассанит
монокристалл муассанита ~1 мм в размере
Формула	SiC
Статус IMA	унаследованный минерал
Физические свойства
Цвет	прозрачный, зелёный, жёлтый
Цвет черты	зеленовато-серый
Блеск	металлический
Прозрачность	прозрачный
Твёрдость	9.5
Спайность	(0001) нечеткая
Кристаллографические свойства
Сингония	гексагональная сингония
Оптические свойства
Показатель преломления	nω=2.654 nε=2.967, двулучепреломление 0,313 (для 6H-SiC формы)
Медиафайлы на Викискладе

Карбору́нд (техническое название), муассани́т (минералогическое название), карбид кремния (SiC), бесцветные кристаллы с алмазным блеском, технический продукт — зелёный и чёрный.

Тугоплавок (температура плавления 2830 °C), химически стоек, по твёрдости уступает лишь алмазу и нитриду бора — боразону. Используется как абразивный материал и для изготовления деталей химической и металлургической аппаратуры, работающей в условиях высоких температур. Представляет собой широкозонный полупроводник (E_g=2,2÷3,2 эВ, в зависимости от модификации), использование которого перспективно в силовой и СВЧ-электронике в связи с высокими рабочими температурами, электрической прочностью и хорошей теплопроводностью. Широкая запрещённая зона даёт возможность использовать карбид кремния в качестве материала для высокоэффективных светодиодов (см. глобар), охватывающих весь видимый диапазон спектра. Использование карбида кремния в качестве полупроводника в настоящее время только начинается в связи с трудностью получения его высококачественных монокристаллов.

Историческая справка

Карбид кремния впервые наблюдался в 1824 году Якобом Берцелиусом, а обнаружен был в природе в 1905 году в составе метеорита Анри Муассаном, поэтому природный карбид кремния часто называют муассанитом. В 1892 году кристаллический карбид кремния был получен американским химиком Эдвардом Гудричем Ачесоном, который назвал его карборундом и описал его химическую формулу как SiC.

Характеристика материала

Карбид кремния:

• Плотность 3,05 г/см³
• Состав 92 % карбида кремния
• Предел прочности на изгиб 320…350 МПа
• Предел прочности на сжатие 2300 МПа
• Модуль упругости 380 ГПа
• Твердость 87…92 HRC
• Трещиностойкость в пределах 3.5 — 4.5 МПа·м1/2,
• Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 140—200 Вт/(м·К)
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 3,5…4,0 К⁻¹⋅10⁻⁶
• Вязкость разрушения 3,5 МПа·м1/2

Самосвязанный карбид кремния:

• Плотность 3,1 г/см³
• Состав 99 % карбида кремния
• Предел прочности на изгиб 350—450 МПа
• Предел прочности на сжатие 2500 МПа
• Модуль упругости 390—420 ГПа
• Твердость 90…95 HRC
• Трещиностойкость в пределах 4 — 5 МПа·м1/2,
• Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 80 — 130 Вт/(м·К)
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 2,8…4 К⁻¹⋅10⁻⁶
• Вязкость разрушения 5 МПа·м1/2

ВК6ОМ:

• Плотность 14,8 г/см³
• Состав Карбид вольфрама
• Предел прочности на изгиб 1700…1900 МПа
• Предел прочности на сжатие 3500 МПа
• Модуль упругости 550 ГПа
• Твердость 90 HRA
• Трещиностойкость в пределах 8-25 МПа·м1/2,
• Коэффициент теплопроводности при 100 °C, 75…85 Вт/(м·К)
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,5 К⁻¹⋅10⁻⁶
• Вязкость разрушения 10…15 МПа·м1/2

Силицированный графит СГ-Т:

• Плотность 2,6 г/см³
• Состав 50 % карбида кремния
• Предел прочности на изгиб 90…110 МПа
• Предел прочности на сжатие 300…320 МПа
• Модуль упругости 95 ГПа
• Твердость 50…70 HRC
• Трещиностойкость в пределах 2-3 МПа·м1/2,
• Коэффициент теплопроводности при 10 °C, 100…115 Вт/(м·К)
• Коэфф. теплового расширения при 20-1000 °C, 4,6 К⁻¹⋅10⁻⁶
• Вязкость разрушения 3…4 МПа·м1/2

Область применения

Па́ры трения в узлах торцевого уплотнения насосных агрегатов используются для перекачки нефтепродуктов, сжиженного газа. Созданы и укомплектованы деталями (крыльчатка, вал, пары трения) из карбида кремния химически стойкие насосы для работы в агрессивных средах. Пары трения из карбида кремния, взамен пропитанных бельтинговых опор в узлах осевых опор погружных насосах

Карбид кремния также используется для изготовления сопел и форсунок для подачи газов в зону плавления стекла и металлов, спекания керамики.

• Сопла различных типоразмеров из карбида кремния:
  • для пескоструйных установок;
  • для высокотемпературных пескоструйных установок (температура песка около 1000 °C), используемых для очистки от нагара труб на предприятиях нефтедобывающей промышленности и нефтепереработки;
• для факелов газовых печей, в том числе стекловарочных печей с длительностью непрерывной работы более 2 лет;
• Конфузоры различных типоразмеров из карбида кремния для газовых стекловаренных печей для варки хрусталя
• Плиты различных типоразмеров из карбида кремния для футеровки печей с рабочей температурой до 1400 °C в воздушной среде и до 2000 °C в вакууме;
• В плавильных печах, где сплавляемый материал не реагирует с кремнием или карбидом кремния, карбид кремния заменяет платину и графит;
• В индукционных печах по плавлению сплавов для корпусов часов,

тигли из карбида кремния,

• В ювелирных изделиях (синтетические кристаллы до 10 карат);
• Для изготовления бронепластин, для различных защитных систем;
• Считается перспективным материалом полупроводниковой промышленности:
  • Используется для производства лазеров;
  • Используется в производстве мощных светодиодов (до 9 ватт);
  • Активно проходят эксперименты с использованием материала в микроэлектронике;
• В качестве абразивов.
• наряду с фианитом, используется в ювелирных украшениях, как дешёвый аналог алмаза, причём благодаря высоким показателю преломления и дисперсии по «игре света» муассанит даже превосходит алмаз. Тем не менее, муассанит во много раз дороже фианита и лишь в разы дешевле алмаза.

Ссылки

• http://www.ifm.liu.se/matephys/new_page/research/sic/
• http://www.chemind-tec.ru/catalogue/2/27/
• В Израиле найден самый большой в мире муассанит.