في السنوات الأخيرة، حظيت أشباه الموصلات المركبة من كربيد السيليكون باهتمام واسع في الصناعة. ومع ذلك، نظرًا لكونه مادة عالية الأداء، فإن الأجهزة الإلكترونية (الثنائيات وأجهزة الطاقة) لا تُمثل سوى جزء صغير من تطبيقاته. كما يُمكن استخدام كربيد السيليكون كمادة كاشطة، ومواد قاطعة، ومواد إنشائية، ومواد بصرية، وحاملات محفزات، وغيرها. سنقدم اليوم بشكل رئيسي سيراميك كربيد السيليكون، الذي يتميز بخصائص كيميائية مستقرة، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية، ومقاومة للتآكل، وموصلية حرارية عالية، ومعامل تمدد حراري منخفض، وكثافة منخفضة، وقوة ميكانيكية عالية. يُستخدم على نطاق واسع في الآلات الكيميائية، والطاقة وحماية البيئة، وأشباه الموصلات، والمعادن، والدفاع الوطني، والصناعات العسكرية، وغيرها من المجالات.

1. بنية وخصائص كربيد السيليكون

يحتوي كربيد السيليكون (كربيد السيليكون) على السيليكون والكربون، وهو مركب متعدد الأشكال نموذجي. يتكون بشكل أساسي من شكلين بلوريين: α-كربيد السيليكون (مستقر في درجات الحرارة العالية) وβ-كربيد السيليكون (مستقر في درجات الحرارة المنخفضة). يوجد أكثر من 200 شكل متعدد الأشكال، منها 3C-كربيد السيليكون من β-كربيد السيليكون و2H-كربيد السيليكون، و4H-كربيد السيليكون، و6H-كربيد السيليكون، و15R-كربيد السيليكون من α-كربيد السيليكون، وهي أمثلة مميزة.

عند درجات حرارة أقل من 1600 درجة مئوية، يوجد كربيد السيليكون (كربيد السيليكون) على شكل β-كربيد السيليكون، والذي يمكن إنتاجه من خليط بسيط من السيليكون والكربون عند درجة حرارة حوالي 1450 درجة مئوية. عند درجات حرارة أعلى من 1600 درجة مئوية، يتحول β-كربيد السيليكون ببطء إلى أنواع متعددة من α-كربيد السيليكون. يتكون كربيد السيليكون 4H-كربيد السيليكون بسهولة عند درجات حرارة حوالي 2000 درجة مئوية؛ بينما يتطلب كلا النوعين 6H و15R درجات حرارة أعلى من 2100 درجة مئوية ليتشكلا بسهولة. يظل كربيد السيليكون 6H-كربيد السيليكون مستقرًا للغاية حتى في درجات حرارة تتجاوز 2200 درجة مئوية، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية. كربيد السيليكون النقي عبارة عن بلورة شفافة عديمة اللون. يتوفر كربيد السيليكون الصناعي بألوان متناقصة الشفافية، بما في ذلك عديم اللون، والأصفر الباهت، والأخضر الفاتح، والأخضر الداكن، والأزرق الفاتح، والأزرق الداكن، وحتى الأسود. تصنف صناعة المواد الكاشطة كربيد السيليكون حسب اللون: كربيد سيليكون أسود وكربيد سيليكون أخضر. يُصنف كربيد السيليكون، الذي يتراوح لونه بين الأخضر الغامق والعديم اللون، على أنه كربيد سيليكون أخضر، بينما يُصنف كربيد السيليكون، الذي يتراوح لونه بين الأزرق الفاتح والأسود، على أنه كربيد سيليكون أسود. كربيد السيليكون الأسود والأخضر هما بلورات سداسية من α-كربيد السيليكون. عمومًا، تستخدم سيراميكات كربيد السيليكون مسحوق كربيد السيليكون الأخضر كمادة خام.

2. عملية تحضير سيراميك كربيد السيليكون

تُصنع سيراميكات كربيد السيليكون عن طريق سحق وطحن وتصنيف مواد كربيد السيليكون الخام للحصول على جسيمات كربيد السيليكون (كربيد السيليكون) ذات توزيع حجم جسيمات موحد. تُخلط جسيمات كربيد السيليكون بعد ذلك مع مادة مضافة للتلبيد ومادة رابطة مؤقتة، وتُضغط في قالب مضغوط أخضر، ثم تُلبد عند درجة حرارة عالية. ومع ذلك، ونظرًا للطبيعة التساهمية العالية لروابط سي-C (حوالي 88%) وانخفاض معامل انتشارها، فإن أحد التحديات الرئيسية في عملية التحضير هو صعوبة تحقيق التكثيف أثناء التلبيد. تشمل طرق تحضير سيراميكات كربيد السيليكون عالية الكثافة التلبيد التفاعلي، والتلبيد بدون ضغط، والضغط الساخن، والتلبيد بإعادة التبلور، والضغط الساخن المتساوي الضغط، والتلبيد بالبلازما الشرارية. ومع ذلك، تعاني سيراميكات كربيد السيليكون من انخفاض متانة الكسر، مما يؤدي إلى هشاشة أكبر. لذلك، في السنوات الأخيرة، ظهرت مواد السيراميك المركبة القائمة على كربيد السيليكون، مثل التعزيز بالألياف (أو الشعيرات)، وتعزيز تشتت الجسيمات غير المتجانسة، والمواد ذات التدرج الوظيفي، لتحسين صلابة وقوة المادة الفردية.

3. آفاق تطبيق وتطوير سيراميك كربيد السيليكون 

باعتبارها مادة سيراميكية هيكلية عالية الحرارة ذات أداء ممتاز، تم استخدام سيراميك كربيد السيليكون بشكل متزايد في أفران درجات الحرارة العالية، ومعادن الصلب، والبتروكيماويات، والإلكترونيات الميكانيكية، والفضاء الجوي، والطاقة وحماية البيئة، والطاقة النووية، والسيارات وغيرها من المجالات. نعتقد أن استخدام الطريقة الأكثر إمكانية للقيام بالعظيم 

في المستقبل، مع زيادة معدل انتشار المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة، والطاقة، والصناعة، والاتصالات وغيرها من المجالات، ومع تزايد متطلبات المكونات الميكانيكية أو المكونات الإلكترونية عالية الدقة وعالية المقاومة للتآكل وعالية الموثوقية في مختلف المجالات، من المتوقع أن يستمر حجم سوق منتجات سيراميك كربيد السيليكون في التوسع، ومن بينها المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة والطاقة الكهروضوئية كمجالات تطوير مهمة.