[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki16\/2021\/01\/27\/siliziumkarbid-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki16\/2021\/01\/27\/siliziumkarbid-wikipedia\/","headline":"Siliziumkarbid – Wikipedia","name":"Siliziumkarbid – Wikipedia","description":"before-content-x4 extrem harter Halbleiter mit Silizium und Kohlenstoff “Carborundum” leitet hier weiter. 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Es ist nicht mit Korund zu verwechseln.       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Siliziumkarbid ((SiC), auch bekannt als Karborund ist ein Halbleiter, der Silizium und Kohlenstoff enth\u00e4lt.  Es kommt in der Natur als \u00e4u\u00dferst seltenes Mineral Moissanit vor.  Synthetisches SiC-Pulver wird seit 1893 in Massenproduktion zur Verwendung als Schleifmittel hergestellt.  K\u00f6rner aus Siliziumkarbid k\u00f6nnen durch Sintern miteinander verbunden werden, um sehr harte Keramiken zu bilden, die h\u00e4ufig in Anwendungen verwendet werden, die eine hohe Lebensdauer erfordern, wie z. B. Fahrzeugbremsen, Fahrzeugkupplungen und Keramikplatten in kugelsicheren Westen.  Elektronische Anwendungen von Siliziumkarbid wie Leuchtdioden (LEDs) und Detektoren in fr\u00fchen Funkger\u00e4ten wurden erstmals um 1907 demonstriert. SiC wird in Halbleiterelektronikger\u00e4ten verwendet, die bei hohen Temperaturen oder hohen Spannungen oder beidem arbeiten.  Gro\u00dfe Einkristalle aus Siliciumcarbid k\u00f6nnen nach der Lely-Methode gez\u00fcchtet und in Edelsteine \u200b\u200bgeschnitten werden, die als synthetischer Moissanit bekannt sind.Table of ContentsGeschichte[edit]Fr\u00fche Experimente[edit]Gro\u00dfserienfertigung[edit]Nat\u00fcrliches Vorkommen[edit]Produktion[edit]Struktur und Eigenschaften[edit]Elektrische Leitf\u00e4higkeit[edit]Schleif- und Schneidwerkzeuge[edit]Strukturmaterial[edit]Autoteile[edit]Gie\u00dfertiegel[edit]Elektrische Systeme[edit]Elektronische Schaltungselemente[edit]Leistungselektronische Ger\u00e4te[edit]LEDs[edit]Astronomie[edit]D\u00fcnne Filamentpyrometrie[edit]Heizelemente[edit]Kernbrennstoffpartikel und Verkleidung[edit]Schmuck[edit]Stahlproduktion[edit]Katalysatorunterst\u00fctzung[edit]Carborundum Druckgrafik[edit]Graphenproduktion[edit]Quantenphysik[edit]Angelrutenf\u00fchrungen[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Geschichte[edit]Fr\u00fche Experimente[edit]Nicht systematische, weniger anerkannte und h\u00e4ufig nicht verifizierte Synthesen von Siliciumcarbid umfassen:       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4C\u00e9sar-Mansu\u00e8te Despretz leitet elektrischen Strom durch einen in Sand eingebetteten Kohlenstoffstab (1849)Robert Sydney Marsdens Aufl\u00f6sung von Kiesels\u00e4ure in geschmolzenem Silber in einem Graphittiegel (1881)Paul Schuetzenbergers Erhitzen einer Mischung aus Silizium und Kiesels\u00e4ure in einem Graphittiegel (1881)Albert Colsons Erhitzen von Silizium unter einem Ethylenstrom (1882).[6]Gro\u00dfserienfertigung[edit]  Eine Replikation der LED-Experimente von HJ RoundDie Produktion in gro\u00dfem Ma\u00dfstab wird 1890 Edward Goodrich Acheson zugeschrieben.[7]  Acheson versuchte k\u00fcnstliche Diamanten herzustellen, als er eine Mischung aus Ton (Aluminiumsilikat) und Kokspulver (Kohlenstoff) in einer Eisenschale erhitzte.  Er nannte die blauen Kristalle, die sich bildeten KarborundIch glaube, es ist eine neue Verbindung aus Kohlenstoff und Aluminium, \u00e4hnlich wie Korund.  1893 entdeckte Ferdinand Henri Moissan das sehr seltene nat\u00fcrlich vorkommende SiC-Mineral bei der Untersuchung von Gesteinsproben, die im Meteoriten Canyon Diablo in Arizona gefunden wurden.  Das Mineral wurde ihm zu Ehren Moissanit genannt.  Moissan synthetisierte SiC auch auf verschiedenen Wegen, einschlie\u00dflich Aufl\u00f6sen von Kohlenstoff in geschmolzenem Silizium, Schmelzen einer Mischung aus Calciumcarbid und Siliciumdioxid und Reduzieren von Siliciumdioxid mit Kohlenstoff in einem Elektroofen.Acheson patentierte das Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidpulver am 28. Februar 1893.[8]  Acheson entwickelte auch den elektrischen Chargenofen, mit dem SiC noch heute hergestellt wird, und gr\u00fcndete die Carborundum Company, um SiC in loser Sch\u00fcttung herzustellen, zun\u00e4chst zur Verwendung als Schleifmittel.[9]  Im Jahr 1900 schloss sich das Unternehmen mit der Electric Smelting and Aluminium Company zusammen, als die Entscheidung eines Richters seinen Gr\u00fcndern “weitgehend Priorit\u00e4t” einr\u00e4umte, “Erze und andere Substanzen nach der Gl\u00fchlampenmethode zu reduzieren”.[10]  Es wird gesagt, dass Acheson versuchte, Kohlenstoff in geschmolzenem Korund (Aluminiumoxid) aufzul\u00f6sen, und das Vorhandensein von harten, blauschwarzen Kristallen entdeckte, von denen er glaubte, dass sie eine Verbindung aus Kohlenstoff und Korund sind: daher Karborund.  Es kann sein, dass er das Material analog zum Korund “Carborundum” nannte, einer weiteren sehr harten Substanz (9 auf der Mohs-Skala).Die erste Verwendung von SiC war als Schleifmittel.  Es folgten elektronische Bewerbungen.  Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde Siliziumkarbid in den ersten Radios als Detektor verwendet.[11]  1907 produzierte Henry Joseph Round die erste LED, indem er eine Spannung an einen SiC-Kristall anlegte und die Emission von Gelb, Gr\u00fcn und Orange an der Kathode beobachtete.  Der Effekt wurde sp\u00e4ter 1923 von OV Losev in der Sowjetunion wiederentdeckt.[12]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Nat\u00fcrliches Vorkommen[edit]  Moissanite-Einkristall (ca. 1 mm gro\u00df)Nat\u00fcrlich vorkommender Moissanit kommt in bestimmten Meteoritentypen sowie in Korundablagerungen und Kimberlit in nur geringen Mengen vor.  Nahezu das gesamte weltweit verkaufte Siliziumkarbid, einschlie\u00dflich Moissanit-Juwelen, ist synthetisch.  Nat\u00fcrlicher Moissanit wurde erstmals 1893 als kleiner Bestandteil des Canyon Diablo-Meteoriten in Arizona von Dr. Ferdinand Henri Moissan gefunden, nach dem das Material 1905 benannt wurde.[13]  Moissans Entdeckung von nat\u00fcrlich vorkommendem SiC war zun\u00e4chst umstritten, da seine Probe m\u00f6glicherweise durch Siliziumkarbid-S\u00e4gebl\u00e4tter kontaminiert war, die zu diesem Zeitpunkt bereits auf dem Markt waren.[14]Obwohl Siliziumkarbid auf der Erde selten ist, ist es im Weltraum bemerkenswert h\u00e4ufig.  Es ist eine h\u00e4ufige Form von Sternenstaub, die um kohlenstoffreiche Sterne herum gefunden wird, und Beispiele f\u00fcr diesen Sternenstaub wurden in makellosem Zustand in primitiven (unver\u00e4nderten) Meteoriten gefunden.  Das im Weltraum und in Meteoriten vorkommende Siliciumcarbid ist fast ausschlie\u00dflich das Beta-Polymorph.  Die Analyse der im Murchison-Meteoriten, einem kohlenstoffhaltigen Chondrit-Meteoriten, gefundenen SiC-K\u00f6rner hat anomale Isotopenverh\u00e4ltnisse von Kohlenstoff und Silizium ergeben, was darauf hinweist, dass diese K\u00f6rner au\u00dferhalb des Sonnensystems entstanden sind.[15]Produktion[edit]  Synthetische SiC-Kristalle mit einem Durchmesser von ~ 3 mmDa nat\u00fcrlicher Moissanit \u00e4u\u00dferst selten ist, ist das meiste Siliciumcarbid synthetisch.  Siliziumkarbid wird als Schleifmittel sowie als Halbleiter- und Diamantsimulans von Edelsteinqualit\u00e4t verwendet.  Das einfachste Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid besteht darin, Quarzsand und Kohlenstoff in einem elektrischen Widerstandsofen aus Acheson-Graphit bei einer hohen Temperatur zwischen 1.600 \u00b0 C (2.910 \u00b0 F) und 2.500 \u00b0 C (4.530 \u00b0 F) zu kombinieren.  Feines SiO2 Partikel in Pflanzenmaterial (z. B. Reisschalen) k\u00f6nnen durch Erhitzen des \u00fcbersch\u00fcssigen Kohlenstoffs aus dem organischen Material in SiC umgewandelt werden.[16]  Der Silikastaub, der ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Siliziummetall- und Ferrosiliciumlegierungen ist, kann auch durch Erhitzen mit Graphit auf 1.500 \u00b0 C (2.730 \u00b0 F) in SiC umgewandelt werden.[17]Das im Acheson-Ofen gebildete Material variiert in seiner Reinheit entsprechend seinem Abstand von der W\u00e4rmequelle des Graphitwiderstands.  Farblose, hellgelbe und gr\u00fcne Kristalle haben die h\u00f6chste Reinheit und befinden sich am n\u00e4chsten am Widerstand.  Die Farbe \u00e4ndert sich in gr\u00f6\u00dferem Abstand vom Widerstand zu Blau und Schwarz, und diese dunkleren Kristalle sind weniger rein.  Stickstoff und Aluminium sind \u00fcbliche Verunreinigungen und beeinflussen die elektrische Leitf\u00e4higkeit von SiC.[18]  Synthetische SiC-Lely-KristalleReines Siliziumkarbid kann nach dem Lely-Verfahren hergestellt werden.[19]  in dem SiC-Pulver in Hochtemperaturspezies von Silicium, Kohlenstoff, Siliciumdicarbid (SiC) sublimiert wird2) und Disiliciumcarbid (Si2C) in einer Argongasumgebung bei 2500 \u00b0 C und erneut in flockenartigen Einkristallen abgeschieden;[20]  Gr\u00f6\u00dfe bis zu 2 \u00d7 2 cm, auf einem etwas k\u00e4lteren Untergrund.  Dieses Verfahren liefert hochwertige Einkristalle, haupts\u00e4chlich aus 6H-SiC-Phase (wegen der hohen Wachstumstemperatur).Ein modifiziertes Lely-Verfahren mit Induktionserw\u00e4rmung in Graphittiegeln ergibt noch gr\u00f6\u00dfere Einkristalle mit einem Durchmesser von 10 cm (4 Zoll) und einem 81-mal gr\u00f6\u00dferen Querschnitt als das herk\u00f6mmliche Lely-Verfahren.[21]Kubisches SiC wird normalerweise durch das teurere Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) von Silan, Wasserstoff und Stickstoff gez\u00fcchtet.[18][22]  Homoepitaktische und heteroepitaktische SiC-Schichten k\u00f6nnen sowohl unter Verwendung von Gas- als auch Fl\u00fcssigphasenans\u00e4tzen gez\u00fcchtet werden.[23]Zur Bildung von komplex geformtem SiC k\u00f6nnen vorkeramische Polymere als Vorl\u00e4ufer verwendet werden, die das Keramikprodukt durch Pyrolyse bei Temperaturen im Bereich von 1000\u20131100 \u00b0 C bilden.[24]  Vorl\u00e4ufermaterialien, um auf diese Weise Siliciumcarbid zu erhalten, umfassen Polycarbosilane, Poly (methylsilyne) und Polysilazane.[25]  Siliciumcarbidmaterialien, die durch Pyrolyse von pr\u00e4keramischen Polymeren erhalten werden, sind als von Polymeren abgeleitete Keramiken oder PDCs bekannt.  Die Pyrolyse von pr\u00e4keramischen Polymeren wird am h\u00e4ufigsten unter einer inerten Atmosph\u00e4re bei relativ niedrigen Temperaturen durchgef\u00fchrt.  Gegen\u00fcber dem CVD-Verfahren ist das Pyrolyseverfahren vorteilhaft, da das Polymer vor der Thermisierung in die Keramik in verschiedene Formen gebracht werden kann.[26][27][28][29]SiC kann auch zu Wafern verarbeitet werden, indem ein Einkristall entweder mit einer Diamantdrahts\u00e4ge oder mit einem Laser geschnitten wird.  SiC ist ein n\u00fctzlicher Halbleiter, der in der Leistungselektronik verwendet wird.[30]Struktur und Eigenschaften[edit]Struktur der wichtigsten SiC-Polytypen.(\u03b2) 3C-SiC4H-SiC(\u03b1) 6H-SiC  Siliziumkarbid, Bild aufgenommen unter einem Stereomikroskop.Siliziumkarbid liegt in etwa 250 kristallinen Formen vor.[31]  Durch die Pyrolyse von vorkeramischen Polymeren in inerter Atmosph\u00e4re wird auch Siliciumcarbid in glasartiger amorpher Form hergestellt.[32]  Der Polymorphismus von SiC ist durch eine gro\u00dfe Familie \u00e4hnlicher kristalliner Strukturen gekennzeichnet, die als Polytypen bezeichnet werden.  Es handelt sich um Variationen derselben chemischen Verbindung, die in zwei Dimensionen identisch sind und sich in der dritten unterscheiden.  Somit k\u00f6nnen sie als Schichten angesehen werden, die in einer bestimmten Reihenfolge gestapelt sind.[33]Alpha-Siliciumcarbid (\u03b1-SiC) ist das am h\u00e4ufigsten vorkommende Polymorph und wird bei Temperaturen \u00fcber 1700 \u00b0 C gebildet und hat eine hexagonale Kristallstruktur (\u00e4hnlich wie Wurtzit).  Die Beta-Modifikation (\u03b2-SiC) mit einer Zinkblende-Kristallstruktur (\u00e4hnlich wie Diamant) wird bei Temperaturen unter 1700 \u00b0 C gebildet.[34]  Bis vor kurzem hatte die Beta-Form relativ wenige kommerzielle Verwendungen, obwohl das Interesse an ihrer Verwendung als Tr\u00e4ger f\u00fcr heterogene Katalysatoren aufgrund ihrer im Vergleich zur Alpha-Form gr\u00f6\u00dferen Oberfl\u00e4che zunimmt.Eigenschaften der wichtigsten SiC-Polytypen[5][26]Polytyp3C (\u03b2)4H6H (\u03b1)KristallstrukturZinkmischung (kubisch)SechseckigSechseckigRaumgruppeT.2d-F43mC.46v-P63mcC.46v-P63mcPearson-SymbolcF8hP8hP12Gitterkonstanten (\u00c5)4,35963,0730;  10.0533,0810;  15.12Dichte (g \/ cm3)3.213.213.21Bandl\u00fccke (eV)2.363.233.05Volumenmodul (GPa)250220220W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit (W\u22c5m\u22121\u22c5K\u22121)@ 300 K (siehe [35]  f\u00fcr temp.  Abh\u00e4ngigkeit)360370490Reines SiC ist farblos.  Die braune bis schwarze Farbe des Industrieprodukts resultiert aus Eisenverunreinigungen.[citation needed]  Der regenbogenartige Glanz der Kristalle beruht auf der D\u00fcnnschichtinterferenz einer Passivierungsschicht aus Siliziumdioxid, die sich auf der Oberfl\u00e4che bildet.Die hohe Sublimationstemperatur von SiC (ca. 2700 \u00b0 C) macht es n\u00fctzlich f\u00fcr Lager und Ofenteile.  Siliziumkarbid schmilzt bei keiner bekannten Temperatur.  Es ist auch chemisch hoch inert.  Derzeit besteht gro\u00dfes Interesse an seiner Verwendung als Halbleitermaterial in der Elektronik, wo es aufgrund seiner hohen W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, hohen Durchschlagfestigkeit des elektrischen Feldes und seiner hohen maximalen Stromdichte f\u00fcr Hochleistungsbauelemente vielversprechender ist als Silizium.[36]  SiC hat auch einen sehr niedrigen W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten (4,0 \u00d7 10)\u22126\/ K) und erf\u00e4hrt keine Phasen\u00fcberg\u00e4nge, die zu Diskontinuit\u00e4ten bei der W\u00e4rmeausdehnung f\u00fchren w\u00fcrden.[18]Elektrische Leitf\u00e4higkeit[edit]Siliciumcarbid ist ein Halbleiter, der durch Stickstoff oder Phosphor vom n-Typ und durch Beryllium, Bor, Aluminium oder Gallium vom p-Typ dotiert werden kann.[5]  Die metallische Leitf\u00e4higkeit wurde durch starke Dotierung mit Bor, Aluminium oder Stickstoff erreicht.Supraleitung wurde in 3C-SiC: Al, 3C-SiC: B und 6H-SiC: B bei der gleichen Temperatur von 1,5 K nachgewiesen.[34][37]  Ein entscheidender Unterschied wird jedoch f\u00fcr das Magnetfeldverhalten zwischen Aluminium- und Bordotierung beobachtet: SiC: Al ist vom Typ II, genau wie Si: B.  Im Gegenteil, SiC: B ist Typ I.  Bei dem Versuch, diesen Unterschied zu erkl\u00e4ren, wurde festgestellt, dass Si-Stellen f\u00fcr die Supraleitung in SiC wichtiger sind als Kohlenstoffstellen.  W\u00e4hrend Bor Kohlenstoff in SiC ersetzt, ersetzt Al Si-Stellen.  Daher “sehen” Al und B unterschiedliche Umgebungen, die unterschiedliche Eigenschaften von SiC: Al und SiC: B erkl\u00e4ren k\u00f6nnten.[38]Schleif- und Schneidwerkzeuge[edit]  Schneidscheiben aus SiCIn der Kunst ist Siliziumkarbid aufgrund der Haltbarkeit und der geringen Materialkosten ein beliebtes Schleifmittel im modernen Lapidarium.  In der Fertigung wird es wegen seiner H\u00e4rte bei Schleifbearbeitungsprozessen wie Schleifen, Honen, Wasserstrahlschneiden und Sandstrahlen eingesetzt.  Siliziumkarbidpartikel werden auf Papier laminiert, um Sandpapiere und das Griffband auf Skateboards zu erzeugen.[39]1982 wurde ein au\u00dfergew\u00f6hnlich starker Verbund aus Aluminiumoxid- und Siliciumcarbid-Whiskern entdeckt.  Die Entwicklung dieses im Labor hergestellten Verbundwerkstoffs zu einem kommerziellen Produkt dauerte nur drei Jahre.  1985 wurden die ersten kommerziellen Schneidwerkzeuge aus diesem mit Aluminiumoxid und Siliziumkarbid-Whisker verst\u00e4rkten Verbundwerkstoff auf den Markt gebracht.[40]Strukturmaterial[edit]  In den 1980er und 1990er Jahren wurde Siliziumkarbid in mehreren Forschungsprogrammen f\u00fcr Hochtemperatur-Gasturbinen in Europa, Japan und den USA untersucht.  Die Komponenten sollten Turbinenschaufeln oder D\u00fcsenschaufeln aus Nickel-Superlegierung ersetzen.[41]  Keines dieser Projekte f\u00fchrte jedoch zu einer Produktionsmenge, haupts\u00e4chlich wegen seiner geringen Schlagfestigkeit und seiner geringen Bruchz\u00e4higkeit.[42]Wie andere Hartkeramiken (n\u00e4mlich Aluminiumoxid und Borcarbid) wird Siliciumcarbid in Verbundpanzerungen (z. B. Chobham-Panzerungen) und in Keramikplatten in kugelsicheren Westen verwendet.  Dragon Skin, hergestellt von Pinnacle Armor, verwendete Scheiben aus Siliziumkarbid.[43]  Eine verbesserte Bruchz\u00e4higkeit in SiC-Panzerungen kann durch das Ph\u00e4nomen abnormalen Kornwachstums oder AGG erleichtert werden.  Das Wachstum von ungew\u00f6hnlich langen Siliciumcarbidk\u00f6rnern kann dazu dienen, einen H\u00e4rtungseffekt durch Riss-Nachlauf-\u00dcberbr\u00fcckung zu verleihen, \u00e4hnlich wie bei der Whisker-Verst\u00e4rkung.  \u00c4hnliche AGG-H\u00e4rtungseffekte wurden bei Siliziumnitrid (Si) berichtet3N.4).[44]Siliziumkarbid wird als Tr\u00e4ger- und Regalmaterial in Hochtemperatur\u00f6fen verwendet, beispielsweise zum Brennen von Keramik, zum Glasschmelzen oder zum Glasgie\u00dfen.  SiC-Ofenregale sind erheblich leichter und langlebiger als herk\u00f6mmliche Aluminiumoxidregale.[45]Im Dezember 2015 wurde die Infusion von Siliciumcarbid-Nanopartikeln in geschmolzenes Magnesium erw\u00e4hnt, um eine neue starke und plastische Legierung herzustellen, die f\u00fcr den Einsatz in der Luftfahrt, Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich und in der Mikroelektronik geeignet ist.[46]Autoteile[edit]  Die Scheibenbremse aus Carbon-Keramik (Siliziumkarbid) des Porsche Carrera GTMit Silizium infiltrierter Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff wird f\u00fcr Hochleistungsbremsscheiben aus “Keramik” verwendet, da diese extremen Temperaturen standhalten k\u00f6nnen.  Das Silizium reagiert mit dem Graphit im Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbund zu kohlenstofffaserverst\u00e4rktem Siliziumkarbid (C \/ SiC).  Diese Bremsscheiben werden in einigen Stra\u00dfensportwagen, Supersportwagen sowie anderen Hochleistungsautos verwendet, darunter der Porsche Carrera GT, der Bugatti Veyron, die Chevrolet Corvette ZR1, der McLaren P1,[47]Bentley, Ferrari, Lamborghini und einige spezielle Hochleistungsautos von Audi.  Siliziumkarbid wird auch in gesinterter Form f\u00fcr Dieselpartikelfilter verwendet.[48]  Es wird auch als \u00d6lzusatz verwendet, um Reibung, Emissionen und Oberwellen zu reduzieren.[49][50]Gie\u00dfertiegel[edit]SiC wird in Tiegeln zum Halten von schmelzendem Metall in kleinen und gro\u00dfen Gie\u00dfereianwendungen verwendet.[51][52]Elektrische Systeme[edit]Die fr\u00fcheste elektrische Anwendung von SiC erfolgte in Blitzableitern in Stromversorgungssystemen.  Diese Ger\u00e4te m\u00fcssen einen hohen Widerstand aufweisen, bis die Spannung an ihnen einen bestimmten Schwellenwert V erreichtT. An diesem Punkt muss ihr Widerstand auf ein niedrigeres Niveau fallen und dieses Niveau beibehalten, bis die angelegte Spannung unter V f\u00e4lltT..[53]Schon fr\u00fch wurde erkannt, dass SiC einen solchen spannungsabh\u00e4ngigen Widerstand aufweist, und so wurden S\u00e4ulen aus SiC-Pellets zwischen Hochspannungsleitungen und der Erde angeschlossen.  Wenn ein Blitzschlag auf die Leitung die Netzspannung ausreichend erh\u00f6ht, leitet die SiC-S\u00e4ule, sodass der Schlagstrom harmlos zur Erde anstatt entlang der Stromleitung flie\u00dfen kann.  Die SiC-S\u00e4ulen leiteten nachweislich signifikant bei normalen Betriebsspannungen der Stromleitung und mussten daher mit einer Funkenstrecke in Reihe geschaltet werden.  Diese Funkenstrecke wird ionisiert und leitf\u00e4hig gemacht, wenn ein Blitz die Spannung des Stromleitungsleiters erh\u00f6ht, wodurch die SiC-S\u00e4ule effektiv zwischen dem Stromleiter und der Erde verbunden wird.  Funkenstrecken, die in Blitzableitern verwendet werden, sind unzuverl\u00e4ssig und schlagen entweder bei Bedarf nicht auf einen Lichtbogen ein oder schalten sich danach nicht aus, im letzteren Fall aufgrund von Materialversagen oder Verunreinigungen durch Staub oder Salz.  Die Verwendung von SiC-S\u00e4ulen sollte urspr\u00fcnglich die Notwendigkeit einer Funkenstrecke in Blitzableitern beseitigen.  SiC-Ableiter mit L\u00fccken wurden zum Blitzschutz verwendet und unter anderem unter den Markennamen GE und Westinghouse verkauft.  Der SiC-Ableiter mit Spalt wurde durch spaltfreie Varistoren, die S\u00e4ulen aus Zinkoxidpellets verwenden, weitgehend verdr\u00e4ngt.[54]Elektronische Schaltungselemente[edit]Siliziumkarbid war das erste kommerziell wichtige Halbleitermaterial.  Henry Harrison Chase Dunwoody patentierte 1906 eine Kristallradio-Detektordiode “Carborundum” (synthetisches Siliciumcarbid), die in Schiffsempf\u00e4ngern sehr fr\u00fch Verwendung fand.Leistungselektronische Ger\u00e4te[edit]Siliziumkarbid ist ein Halbleiter in der Forschung und fr\u00fchen Massenproduktion, der Vorteile f\u00fcr schnelle Hochtemperatur- und \/ oder Hochspannungsbauelemente bietet.  Die ersten verf\u00fcgbaren Bauelemente waren Schottky-Dioden, gefolgt von Sperrschicht-Gate-FETs und MOSFETs f\u00fcr das Hochleistungsschalten.  Derzeit werden Bipolartransistoren und Thyristoren entwickelt.[36]Ein Hauptproblem f\u00fcr die SiC-Kommerzialisierung war die Beseitigung von Defekten: Kantenversetzungen, Schraubenversetzungen (sowohl hohler als auch geschlossener Kern), dreieckige Defekte und Versetzungen der Basisebene.[55]  Infolgedessen zeigten Vorrichtungen aus SiC-Kristallen anfangs eine schlechte R\u00fcckblockierungsleistung, obwohl Forscher vorl\u00e4ufig L\u00f6sungen zur Verbesserung der Durchschlagleistung gefunden haben.[56]Abgesehen von der Kristallqualit\u00e4t haben Probleme mit der Grenzfl\u00e4che von SiC zu Siliziumdioxid die Entwicklung von Leistungs-MOSFETs auf SiC-Basis und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate behindert.  Obwohl der Mechanismus noch unklar ist, hat das Nitrieren die Defekte, die die Grenzfl\u00e4chenprobleme verursachen, dramatisch reduziert.[57]Im Jahr 2008 wurden die ersten kommerziellen JFETs mit einer Nennspannung von 1200 V auf den Markt gebracht.[58]  2011 folgten die ersten kommerziellen MOSFETs mit einer Nennspannung von 1200 V. JFETs sind jetzt mit einer Nennspannung von 650 V bis 1700 V und einem Widerstand von nur 25 m\u03a9 erh\u00e4ltlich.[59]    Neben SiC-Schaltern und SiC-Schottky-Dioden (auch Schottky-Barriere-Diode, SBD) in den beliebten TO-247- und TO-220-Geh\u00e4usen haben Unternehmen bereits fr\u00fcher damit begonnen, die blo\u00dfen Chips in ihre Leistungselektronikmodule zu implementieren.SiC-SBD-Dioden fanden breite Verbreitung in PFC-Schaltungen und IGBT-Leistungsmodulen.[60]Konferenzen wie die Internationale Konferenz f\u00fcr integrierte Leistungselektroniksysteme (CIPS) berichten regelm\u00e4\u00dfig \u00fcber den technologischen Fortschritt von SiC-Leistungsger\u00e4ten.  Die gr\u00f6\u00dften Herausforderungen f\u00fcr die vollst\u00e4ndige Freisetzung der Funktionen von SiC-Leistungsger\u00e4ten sind:Gate-Ansteuerung: SiC-Bauelemente erfordern h\u00e4ufig Gate-Ansteuerungsspannungspegel, die sich von ihren Silizium-Gegenst\u00fccken unterscheiden und sogar unsymmetrisch sein k\u00f6nnen, z. B. +20 V und \u20135 V.[61]Verpackung: SiC-Chips haben m\u00f6glicherweise eine h\u00f6here Leistungsdichte als Silizium-Leistungsger\u00e4te und k\u00f6nnen h\u00f6here Temperaturen verarbeiten, die die Siliziumgrenze von 150 \u00b0 C \u00fcberschreiten.  Neue Die-Attach-Technologien wie das Sintern sind erforderlich, um die W\u00e4rme effizient aus den Ger\u00e4ten abzuleiten und eine zuverl\u00e4ssige Verbindung zu gew\u00e4hrleisten.[62]  LEDs[edit]Das Ph\u00e4nomen der Elektrolumineszenz wurde 1907 unter Verwendung von Siliziumkarbid entdeckt und die ersten kommerziellen LEDs basierten auf SiC.  Gelbe LEDs aus 3C-SiC wurden in den 1970er Jahren in der Sowjetunion hergestellt[63]  und blaue LEDs (6H-SiC) weltweit in den 1980er Jahren.[64]Die LED-Produktion wurde bald eingestellt, als ein anderes Material, Galliumnitrid, eine 10- bis 100-mal hellere Emission zeigte.  Dieser Unterschied in der Effizienz ist auf die ung\u00fcnstige indirekte Bandl\u00fccke von SiC zur\u00fcckzuf\u00fchren, w\u00e4hrend GaN eine direkte Bandl\u00fccke aufweist, die die Lichtemission beg\u00fcnstigt.  SiC ist jedoch immer noch eine der wichtigsten LED-Komponenten – es ist ein beliebtes Substrat f\u00fcr wachsende GaN-Bauelemente und dient auch als W\u00e4rmeverteiler in Hochleistungs-LEDs.[64]Astronomie[edit]Der niedrige W\u00e4rmeausdehnungskoeffizient, die hohe H\u00e4rte, Steifigkeit und W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit machen Siliziumkarbid zu einem w\u00fcnschenswerten Spiegelmaterial f\u00fcr astronomische Teleskope.  Die Wachstumstechnologie (chemische Gasphasenabscheidung) wurde erweitert, um Scheiben aus polykristallinem Siliziumkarbid mit einem Durchmesser von bis zu 3,5 m (11 ft) herzustellen. Mehrere Teleskope wie das Herschel-Weltraumteleskop sind bereits mit SiC-Optiken ausgestattet.[65][66]  Au\u00dferdem sind die Subsysteme des Gaia-Weltraumobservatoriums auf einem starren Siliziumkarbidrahmen montiert, der eine stabile Struktur bietet, die sich aufgrund von Hitze nicht ausdehnt oder zusammenzieht.D\u00fcnne Filamentpyrometrie[edit]  Testflamme und gl\u00fchende SiC-Fasern.  Die Flamme ist ungef\u00e4hr 7 cm hoch.Siliziumkarbidfasern werden verwendet, um Gastemperaturen in einer optischen Technik zu messen, die als D\u00fcnnfilamentpyrometrie bezeichnet wird.  Dabei wird ein d\u00fcnnes Filament in einen hei\u00dfen Gasstrom eingebracht.  Strahlungsemissionen aus dem Filament k\u00f6nnen mit der Filamenttemperatur korreliert werden.  Filamente sind SiC-Fasern mit einem Durchmesser von 15 Mikrometern, etwa einem F\u00fcnftel des eines menschlichen Haares.  Weil die Fasern so d\u00fcnn sind, st\u00f6ren sie die Flamme kaum und ihre Temperatur bleibt nahe der des lokalen Gases.  Es k\u00f6nnen Temperaturen von ca. 800\u20132500 K gemessen werden.[67][68]Heizelemente[edit]Hinweise auf Siliziumkarbid-Heizelemente stammen aus dem fr\u00fchen 20. Jahrhundert, als sie von Achesons Carborundum Co. in den USA und EKL in Berlin hergestellt wurden.  Siliziumkarbid bot im Vergleich zu Metallheizger\u00e4ten erh\u00f6hte Betriebstemperaturen.  Siliziumkarbidelemente werden heute beim Schmelzen von Glas und Nichteisenmetallen, bei der W\u00e4rmebehandlung von Metallen, bei der Herstellung von Floatglas, bei der Herstellung von Keramik- und Elektronikkomponenten, bei Z\u00fcndern in Z\u00fcndflammen f\u00fcr Gasheizger\u00e4te usw. verwendet.[69]Kernbrennstoffpartikel und Verkleidung[edit]Siliziumkarbid ist ein wichtiges Material in TRISO-beschichteten Brennstoffpartikeln, der Art von Kernbrennstoff, der in gasgek\u00fchlten Hochtemperaturreaktoren wie dem Kieselbettreaktor vorkommt.  Eine Schicht aus Siliziumkarbid gibt beschichteten Brennstoffpartikeln strukturelle Unterst\u00fctzung und ist die Hauptdiffusionsbarriere f\u00fcr die Freisetzung von Spaltprodukten.[70]Siliziumkarbid-Verbundmaterial wurde als Ersatz f\u00fcr Zircaloy-Ummantelungen in Leichtwasserreaktoren untersucht.  Einer der Gr\u00fcnde f\u00fcr diese Untersuchung ist, dass Zircaloy infolge der Korrosionsreaktion mit Wasser eine Wasserstoffverspr\u00f6dung erf\u00e4hrt.  Dies f\u00fchrt zu einer Verringerung der Bruchz\u00e4higkeit mit zunehmendem Volumenanteil an Radialhydriden.  Dieses Ph\u00e4nomen nimmt mit zunehmender Temperatur zum Nachteil des Materials drastisch zu.[71]  Siliziumkarbid-Ummantelungen erfahren nicht den gleichen mechanischen Abbau, sondern behalten mit zunehmender Temperatur ihre Festigkeitseigenschaften bei.  Der Verbundstoff besteht aus SiC-Fasern, die um eine SiC-Innenschicht gewickelt und von einer SiC-Au\u00dfenschicht umgeben sind.[72]  Es wurden Probleme mit der F\u00e4higkeit berichtet, die Teile des SiC-Verbundstoffs zu verbinden.[73]Schmuck[edit]  Ein Moissanite VerlobungsringAls Edelstein f\u00fcr Schmuck wird Siliziumkarbid nach dem Mineralnamen “synthetischer Moissanit” oder einfach “Moissanit” genannt.  Moissanit \u00e4hnelt Diamant in mehreren wichtigen Punkten: Es ist transparent und hart (9\u20139,5 auf der Mohs-Skala im Vergleich zu 10 f\u00fcr Diamant) mit einem Brechungsindex zwischen 2,65 und 2,69 (im Vergleich zu 2,42 f\u00fcr Diamant).  Moissanit ist etwas h\u00e4rter als gew\u00f6hnlicher Zirkonia.  Im Gegensatz zu Diamant kann Moissanit stark doppelbrechend sein.  Aus diesem Grund werden Moissanit-Juwelen entlang der optischen Achse des Kristalls geschnitten, um doppelbrechende Effekte zu minimieren.  Es ist leichter (Dichte 3,21 g \/ cm3 3,53 g \/ cm3) und viel hitzebest\u00e4ndiger als Diamant.  Dies f\u00fchrt zu einem Stein mit h\u00f6herem Glanz, sch\u00e4rferen Facetten und guter Elastizit\u00e4t.  Lose Moissanitsteine \u200b\u200bk\u00f6nnen direkt in Wachsringformen zum Wachsausschmelzgie\u00dfen gegeben werden, ebenso wie Diamant,[74]  da Moissanit durch Temperaturen bis zu 1.800 \u00b0 C (3.270 \u00b0 F) unbesch\u00e4digt bleibt.  Moissanit ist als Diamantersatz popul\u00e4r geworden und kann als Diamant falsch identifiziert werden, da seine W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit n\u00e4her an Diamant liegt als jeder andere Ersatz.  Viele thermische Diamantpr\u00fcfger\u00e4te k\u00f6nnen Moissanit nicht von Diamant unterscheiden, aber der Edelstein unterscheidet sich in seiner Doppelbrechung und einer sehr geringen gr\u00fcnen oder gelben Fluoreszenz unter ultraviolettem Licht.  Einige Moissanitsteine \u200b\u200bhaben auch gekr\u00fcmmte, schnurartige Einschl\u00fcsse, die Diamanten niemals haben.[75]Stahlproduktion[edit]  St\u00fcck Siliziumkarbid zur StahlherstellungSiliziumkarbid, gel\u00f6st in einem Sauerstoff-Grundofen zur Herstellung von Stahl, wirkt als Brennstoff.  Die zus\u00e4tzlich freigesetzte Energie erm\u00f6glicht es dem Ofen, mehr Schrott mit der gleichen Ladung hei\u00dfem Metall zu verarbeiten.  Es kann auch verwendet werden, um die Zapftemperaturen zu erh\u00f6hen und den Kohlenstoff- und Siliziumgehalt einzustellen.  Siliziumkarbid ist billiger als eine Kombination aus Ferrosilicium und Kohlenstoff, erzeugt saubereren Stahl und geringere Emissionen aufgrund geringer Mengen an Spurenelementen, hat einen niedrigen Gasgehalt und senkt die Stahltemperatur nicht.[76]Katalysatorunterst\u00fctzung[edit]Die nat\u00fcrliche Oxidationsbest\u00e4ndigkeit von Siliciumcarbid sowie die Entdeckung neuer Wege zur Synthese der kubischen \u03b2-SiC-Form mit ihrer gr\u00f6\u00dferen Oberfl\u00e4che haben zu einem erheblichen Interesse an ihrer Verwendung als heterogener Katalysatortr\u00e4ger gef\u00fchrt.  Diese Form wurde bereits als Katalysatortr\u00e4ger f\u00fcr die Oxidation von Kohlenwasserstoffen wie n-Butan zu Maleins\u00e4ureanhydrid eingesetzt.[77][78]Carborundum Druckgrafik[edit]Siliziumkarbid wird in der Karborunddruckherstellung verwendet – eine Technik zur Herstellung von Absatzabschnitten.  Karborundkorn wird in einer Paste auf die Oberfl\u00e4che einer Aluminiumplatte aufgetragen.  Wenn die Paste trocken ist, wird Tinte aufgetragen und in ihrer k\u00f6rnigen Oberfl\u00e4che eingeschlossen und dann von den blo\u00dfen Bereichen der Platte abgewischt.  Die Tintenplatte wird dann in einer Rollbettpresse, die f\u00fcr die Tiefdruckherstellung verwendet wird, auf Papier gedruckt.  Das Ergebnis ist ein Druck von gemalten Markierungen, die in das Papier gepr\u00e4gt sind.Karborundkorn wird auch in der Steinlithographie verwendet.  Seine einheitliche Partikelgr\u00f6\u00dfe erm\u00f6glicht es, einen Stein zu “k\u00f6rnen”, der das vorherige Bild entfernt.  In einem \u00e4hnlichen Verfahren wie beim Schleifen wird Carborundum mit gr\u00f6berer K\u00f6rnung auf den Stein aufgetragen und mit einem Levigator bearbeitet. Anschlie\u00dfend wird allm\u00e4hlich feinere und feinere K\u00f6rnung aufgetragen, bis der Stein sauber ist.  Dadurch entsteht eine fettempfindliche Oberfl\u00e4che.[79]Graphenproduktion[edit]Siliciumcarbid kann aufgrund seiner chemischen Eigenschaften, die die epitaktische Produktion von Graphen auf der Oberfl\u00e4che von SiC-Nanostrukturen f\u00f6rdern, zur Herstellung von Graphen verwendet werden.Bei seiner Herstellung wird Silizium haupts\u00e4chlich als Substrat f\u00fcr das Wachstum des Graphens verwendet.  Es gibt jedoch tats\u00e4chlich mehrere Methoden, mit denen das Graphen auf dem Siliciumcarbid gez\u00fcchtet werden kann.  Das CCS-Wachstumsverfahren (Confinement Controlled Sublimation) besteht aus einem SiC-Chip, der unter Vakuum mit Graphit erhitzt wird.  Dann wird das Vakuum sehr allm\u00e4hlich gel\u00f6st, um das Wachstum von Graphen zu kontrollieren.  Diese Methode liefert die hochwertigsten Graphenschichten.  Es wurde jedoch berichtet, dass auch andere Methoden das gleiche Produkt ergeben.Eine andere M\u00f6glichkeit, Graphen zu z\u00fcchten, w\u00e4re die thermische Zersetzung von SiC bei einer hohen Temperatur im Vakuum.[80]  Es stellt sich jedoch heraus, dass diese Methode Graphenschichten ergibt, die kleinere K\u00f6rner innerhalb der Schichten enthalten.[81]  Daher wurden Anstrengungen unternommen, um die Qualit\u00e4t und Ausbeute von Graphen zu verbessern.  Eine solche Methode ist durchzuf\u00fchren ex situ Graphitisierung von siliciumterminiertem SiC in einer Atmosph\u00e4re bestehend aus Argon.  Es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren Graphenschichten mit gr\u00f6\u00dferen Dom\u00e4nengr\u00f6\u00dfen ergibt als die Schicht, die mit anderen Verfahren erreichbar w\u00e4re.  Diese neue Methode kann sehr n\u00fctzlich sein, um Graphen h\u00f6herer Qualit\u00e4t f\u00fcr eine Vielzahl von technologischen Anwendungen herzustellen.Wenn es darum geht zu verstehen, wie oder wann diese Methoden der Graphenherstellung anzuwenden sind, produzieren oder z\u00fcchten die meisten von ihnen dieses Graphen haupts\u00e4chlich auf dem SiC in einer wachstumsf\u00f6rdernden Umgebung.  Aufgrund der thermischen Eigenschaften von SiC wird es am h\u00e4ufigsten bei h\u00f6heren Temperaturen (z. B. 1300 \u00b0 C) verwendet.[82]  Es wurden jedoch bestimmte Verfahren durchgef\u00fchrt und untersucht, die m\u00f6glicherweise zu Methoden f\u00fchren k\u00f6nnten, bei denen niedrigere Temperaturen zur Herstellung von Graphen verwendet werden.  Insbesondere wurde beobachtet, dass dieser unterschiedliche Ansatz zum Graphenwachstum Graphen in einer Temperaturumgebung von etwa 750 \u00b0 C erzeugt.  Diese Methode beinhaltet die Kombination bestimmter Methoden wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und Oberfl\u00e4chentrennung.  Und wenn es um das Substrat geht, w\u00fcrde das Verfahren darin bestehen, ein SiC-Substrat mit d\u00fcnnen Filmen eines \u00dcbergangsmetalls zu beschichten.  Und nach der schnellen W\u00e4rmebehandlung dieser Substanz w\u00fcrden die Kohlenstoffatome an der Oberfl\u00e4chengrenzfl\u00e4che des \u00dcbergangsmetallfilms h\u00e4ufiger auftreten, was dann zu Graphen f\u00fchren w\u00fcrde.  Es wurde festgestellt, dass dieser Prozess Graphenschichten ergibt, die auf der gesamten Substratoberfl\u00e4che kontinuierlicher sind.[83]Quantenphysik[edit]Siliziumkarbid kann Punktdefekte im Kristallgitter enthalten, die als Farbzentren bekannt sind.  Diese Defekte k\u00f6nnen bei Bedarf Einzelphotonen erzeugen und somit als Plattform f\u00fcr Einzelphotonenquellen dienen.  Ein solches Ger\u00e4t ist eine grundlegende Ressource f\u00fcr viele aufkommende Anwendungen der Quanteninformationswissenschaft.  Wenn man ein Farbzentrum \u00fcber eine externe optische Quelle oder elektrischen Strom pumpt, wird das Farbzentrum in den angeregten Zustand gebracht und entspannt sich dann mit der Emission eines Photons.[84][85]Ein bekannter Punktdefekt in Siliciumcarbid ist die Divacancy, die eine \u00e4hnliche elektronische Struktur aufweist wie das Stickstoffleerstellenzentrum in Diamant.  In 4H-SiC weist die Divacancy vier verschiedene Konfigurationen auf, die vier Null-Phonon-Linien (ZPL) entsprechen.  Diese ZPL-Werte werden mit der Notation V geschriebenSi-VC. und die Einheit eV: hh (1,095), kk (1,096), kh (1,119) und hk (1,150).[86]Angelrutenf\u00fchrungen[edit]Siliziumkarbid wird aufgrund seiner Haltbarkeit und Verschlei\u00dffestigkeit bei der Herstellung von Angelf\u00fchrern verwendet.[87]    Siliziumkarbidringe sind in einen F\u00fchrungsrahmen eingepasst, der normalerweise aus Edelstahl oder Titan besteht und verhindert, dass die Schnur den Stangenrohling ber\u00fchrt.  Die Ringe bieten eine reibungsarme Oberfl\u00e4che, die den Wurfabstand verbessert und gleichzeitig eine ausreichende H\u00e4rte bietet, die den Abrieb von geflochtenen Angelschn\u00fcren verhindert.[88]Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ ein b c d NIOSH Pocket Guide f\u00fcr chemische Gefahren. “# 0555”.  Nationales Institut f\u00fcr Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (NIOSH).^ ein b Haynes, William M., Hrsg.  (2011). CRC Handbuch f\u00fcr Chemie und Physik (92. Aufl.).  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