Silisyum Karbür (Moissanit / Karborundum): Fiziksel ve Optik Özellikler
Linas JuozenasPaylaş
Fiziksel ve optik özellikler
Silikon Karbür: Sert Ateş, Çift Kırılma ve Teknik Parlaklık
Doğal moissanit, laboratuvarda büyütülmüş moissanit, fırın ortamında büyütülmüş karborundum, aşındırıcı taneler ve yüksek performanslı SiC kristalleri: taş, mineral ve endüstriyel formlarda silikon karbürün odaklanmış profili.
- SiC
- Moissanit
- Karborundum
- Mohs sertliği yaklaşık 9–9,5
- Dispersiyon yaklaşık 0,104
Silikon karbür, silikon ve karbonun kovalent bileşiğidir. Doğada mineral türü moissanit olarak adlandırılır; endüstride sentetik SiC uzun süredir karborundum olarak bilinir. Fiziksel kimliği olağanüstü sertlik, yüksek termal iletkenlik, güçlü kimyasal direnç, yüksek kırılma indisi, güçlü dispersiyon ve polityp adı verilen bir kristal yapı ailesi ile tanımlanır.
Malzeme Kimliği
Silikon karbür, silikon, kuvars, cam veya elmas formunda değildir. Kendi bileşiğidir: SiC, silikon ve karbon atomlarının sıkı bağlı bir ağıdır.
Mineral adı moissanit, doğal silikon karbür için kullanılır ve aynı zamanda laboratuvarda büyütülmüş gem kalitesinde SiC için taş ticaretinde kullanılır. Doğal moissanit nadirdir ve genellikle küçüktür; mücevherde kullanılan fasetli taşlar laboratuvarda yetiştirilir. Karborundum adı, özellikle fırın ortamında büyütülmüş aşındırıcı ve gösterim malzemesi için sentetik SiC'nin endüstriyel tarihine aittir.
SiC birçok formda göründüğü için, doğru tanımlama bağlamın adlandırılmasıyla başlar: fasetli laboratuvar ortamında büyütülmüş moissanit, doğal moissanit, fırın ortamında büyütülmüş karborundum, aşındırıcı taneler, teknik wafer veya tek kristal yarı iletken malzeme.
Temel ayrım: canlı iridesan karborundum kümeleri, sentetik fırın ortamında büyütülmüş silikon karbürdür. Gökkuşağı renkleri genellikle ince yüzey filmlerinden ve optik girişimden kaynaklanır, doğal gövde renginden değil.
Fiziksel ve Optik Özellikler Genel Bakış
Değerler, politype, büyüme koşulları, iz elementler ve malzemenin şeffaf bir taş, opak fırın parçası veya teknik kristal olup olmamasına göre biraz değişiklik gösterir. Aşağıdaki tablo, mineral, taş ve çalışma bağlamları için pratik referans aralıklarını verir.
| Özellik | Tipik davranış veya değer | Yorumlayıcı notlar |
|---|---|---|
| Kimyasal kimlik | Silikon karbür, SiC | Silikon ve karbonun ikili kovalent bileşiği. |
| Mineral adı | Moissanit | Doğal moissanit nadirdir; ticari değerli moissanit laboratuvarda üretilen SiC'dir. |
| Tarihi endüstriyel isim | Karborundum | Genellikle sentetik fırın üretimi SiC ve aşındırıcı malzeme için kullanılır. |
| Kristal sistemleri | Politipik: kübik, altıgen ve rombohedral formlar | Yaygın referanslar arasında kübik 3C-SiC ve altıgen 4H- ve 6H-SiC bulunur. |
| Renk | Renksizden neredeyse renksize; ayrıca gri, yeşil, sarı, kahverengi, siyah ve irisli | Renk, safsızlıklar, kusurlar, katkılar, inklüzyonlar veya yüzey filmlerinden kaynaklanabilir. |
| Parlaklık | Elmas benzeri ila yarı metalik | Şeffaf taşlar elmas benzeri yüzey parlaklığı gösterebilir; opak SiC metalik veya camımsı görünebilir. |
| Şeffaflık | Şeffafdan opak | Değerli kristaller şeffaf olabilir; fırın üretimi kümeler ve aşındırıcı taneler genellikle opaktır. |
| Sertlik | Yaklaşık Mohs 9–9.5; değerli moissanit genellikle 9.25 civarında belirtilir | Son derece çizilme direnci yüksek, ancak kenarlarda çentiklenme veya aşınmaya karşı bağışık değildir. |
| Ayrılma ve kırılma | Gerçek bir ayrılma yok; konkoidaldan düzensiz kırılmaya kadar | İnce plakalar, uçlar, waferlar ve düzensiz sentetik kümelerde sert ama kırılgandır. |
| Özgül ağırlık | Yaklaşık 3.18–3.22 | Elmasdan daha hafif ve benzer boyutta kübik zirkonyadan çok daha hafiftir. |
| Optik karakter | Yaygın değerli malzeme: tek eksenli negatif | Altıgen moissanit çift kırılmalıdır; kübik 3C-SiC izotropiktir. |
| Kırılma indisleri | Yaklaşık nω 2.691 ve nε Yaygın altıgen değerli malzeme için 2.648 | Yüksek kırılma indisi güçlü yüzey parlaklığı üretir. |
| Çift kırılma | Yaygın altıgen malzeme için yaklaşık 0.043 | Faset kenarı çiftlenmesi büyütme altında tanıdık bir teşhis özelliğidir. |
| Dağılım | Yaklaşık 0.104 | Çok yüksek dağılım, fasetli taşlarda yoğun spektral ateş üretir. |
| Pleokrozizm | Renkli taşlarda zayıf ila orta derecede | Renksiz taşlar görünür pleokrozizm göstermez veya çok az gösterir. |
| Florasanlık | Değişken: yeşil, sarı, turuncu veya inert | Güvenilir tek başına tanımlama özelliği değildir. |
| Termal iletkenlik | Yüksek | Basit termal elmas test cihazlarında yanıltıcı sonuçlar verebilir. |
| Kimyasal kararlılık | Suda çözünmez; birçok aside ve bazlara karşı dirençlidir | Güçlü oksitleyiciler, erimiş tuzlar ve şiddetli endüstriyel koşullar SiC'ye zarar verebilir. |
Optik Davranış
Değerli moissanitin görsel kimliği üç bağlı optik özelliğe dayanır: yüksek kırılma indisi, güçlü dağılım ve ölçülebilir çift kırılma.
Yüksek kırılma indisi
Moissanit ışığı güçlü bir şekilde büker, iyi parlatılmış yüzeylere parlak, elmas benzeri bir görünüm ve güçlü yüzey yansıması verir.
Güçlü dağılım
SiC, elmasdan daha güçlü bir şekilde beyaz ışığı spektral renklere ayırır ve parlak ışıkta belirgin bir ateş etkisi oluşturur.
Çift kırılma
Altıgen moissanit ışığı iki ışına böler. Büyütme altında, özellikle tablodan uzak bakıldığında, pavilyon faset kenarları çiftlenmiş gibi görünebilir.
Kesim yönlendirmesi
Kesiciler genellikle mücevher moissanitini, parlaklık ve ateşi korurken dikkat dağıtan yüzey çiftlenmesini azaltacak şekilde yönlendirir.
Moissanitin optiği elmasla aynı olmadığından, iyi kesilmiş bir SiC taşı kendi şartlarına göre değerlendirilmelidir. Aşırı parlama, bulanık parlaklık, pencere etkisi, güçlü yay-kurdele kontrastı veya dikkat dağıtan çiftlenme yalnızca malzeme kalitesinden değil, kesim tarzından da kaynaklanabilir.
Faset çiftlenmesinin önemi
Faset çiftlenmesi hasar değildir. Bu, kübik olmayan SiC polityplerinde çift kırılmanın optik bir sonucudur. Mücevher tanımlamada, elmas tek kırılmalı olduğu ve aynı çiftlenme davranışını göstermediği için genellikle faydalıdır.
Renk, İridesans ve Yüzey Stabilitesi
Renksizden neredeyse renksize moissanit en tanıdık mücevher formudur, ancak silikon karbür geniş bir renk yelpazesine sahiptir. Gri, yeşil, sarı, kahverengi, siyah ve özel renkli malzeme, iz elementler, büyüme koşulları, katkı maddeleri, kusurlar veya işlemler yoluyla oluşabilir. Opak endüstriyel formlarda gövde koyu gri ila siyah olabilirken, yüzey filmleri canlı mavi, menekşe, altın, yeşil ve pembe renkler oluşturabilir.
Birçok karborundum parçasının gökkuşağı görünümü bir yüzey olgusudur. Fırında yetiştirilen SiC üzerindeki ince oksit filmleri, su üzerindeki yağ filmi rengini andıran girişim renkleri oluşturur. Bu renkler güzel olabilir, ancak yüzeye duyarlıdır. Aşınma, agresif temizlik veya kaba depolama etkisini azaltabilir veya ortadan kaldırabilir.
- Gövde rengi: malzemenin içinden veya içinden görülen doğal renk.
- Yüzey iridesansı: özellikle fırında yetiştirilen karborundumda çok ince yüzey filmlerinden kaynaklanan girişim rengi.
- Florasan: değişken ve tanısal değildir; bazı taşlar inerttir, bazıları ise yeşil, sarı veya turuncu tepkiler gösterir.
- Stabilite: SiC kendisi stabildir, ancak kaplamalar, ayarlar, uçlar ve wafer kenarları kristal kimyasından daha savunmasız olabilir.
Politypler, Alışkanlık ve Dokular
Silikon karbür politipiktir: kimya SiC olarak kalır, ancak silikon-karbon katmanları farklı tekrarlayan dizilerde üst üste biner.
Bu üst üste dizilimler, kübik, altıgen ve rombohedral formlar dahil olmak üzere farklı yapılar oluşturur. Polityp, mücevher optiği, elektronik, termal davranış ve kristal büyümesinde önemlidir. Göze çarpmayabilir, ancak SiC’nin hem mücevher hem de yarı iletken olarak kimliğinin merkezindedir.
| Polityp | Yapı | Nerede bulunur | Neden önemlidir |
|---|---|---|---|
| 3C-SiC | Kübik, genellikle beta-SiC olarak adlandırılır | Filmler, tozlar, inklüzyonlar ve bazı sentetik bağlamlar. | İzotropik; yaygın altıgen değerli taş malzemesinden yapısal olarak farklıdır. |
| 4H-SiC | Altıgen | Yüksek performanslı elektronik waferlar ve güç cihazları. | Geniş bant aralıklı yarı iletken performansı için değerli. |
| 6H-SiC | Altıgen | Tarihsel olarak değerli taş ve wafer bağlamlarında önemlidir. | Yaygın değerli taş moissanit optikleri ve tek eksenli çift kırılma ile ilişkilidir. |
| 15R-SiC ve ilgili formlar | Rombik ve diğer yığılma varyantları | Özel sentetik, doğal veya araştırma ortamları. | Bir kimyanın birçok kristalografik düzeni destekleyebileceğini gösterir. |
Fasetli değerli taş malzemesi
Parlaklık, parlaklık ve kontrollü çiftlenmeyi göstermek için tasarlanmış şeffaf, yönlendirilmiş, cilalanmış SiC.
Fırında yetiştirilmiş karborundum
Koyu gövde rengine ve sık sık irisli yüzey filmlerine sahip açılı veya plaka benzeri sentetik SiC.
Aşındırıcı taneler
Optik berraklıktan çok aşırı sertlik ve kesme yeteneği için değer verilen kırılmış ve sınıflandırılmış malzeme.
Teknik plakalar
Yüksek güçlü ve yüksek sıcaklık yarı iletken uygulamalar için hassas şekilde büyütülmüş ve işlenmiş kristaller.
Tanımlama ve Benzerleri
Silikon karbürün en faydalı tanımlayıcı özellikleri aşırı sertlik, yüksek kırılma indisi, yüksek dağılım, elmasdan daha düşük yoğunluk, yüksek ısıl iletkenlik ve altıgen malzemede görünür çift kırılmadır. Önemli bir tanımlamada tek bir hızlı test kesin sonuç olarak kabul edilmemelidir.
| Malzeme | Neden karışıklık olabilir | Faydalı ayırt edici özellikler |
|---|---|---|
| Elmas | Her ikisi de fasetli formda parlak, sert ve renksiz olabilir. | Moissanit daha güçlü dağılıma, daha düşük özgül ağırlığa, yaygın polityplerde çift kırılmaya ve farklı elektriksel davranışa sahiptir. |
| Kübik zirkonya | Her ikisi de parlak elmas alternatifleri olarak kullanılabilir. | Kübik zirkonya çok daha yoğundur, daha yumuşaktır, tek kırılmalıdır ve genellikle farklı parlaklık ve aşınma davranışına sahiptir. |
| Polikristalin silikon | Her ikisi de silikon içeren, sert, gri, endüstriyel görünümlü malzemelerdir. | Elementel silikon daha yumuşak, daha düşük yoğunlukta ve kimyasal olarak daha az benzerdir; SiC çok daha serttir ve genellikle daha elmasimsi veya irisli olur. |
| Hematit | Koyu metalik parlaklık bazı opak SiC’lere benzeyebilir. | Hematit daha yoğundur ve kırmızımsı bir çizgi verir; SiC çok daha sert ve daha hafiftir. |
| Cam veya cüruf | İrisli veya parlak parçacıklar yüzeysel olarak karborunduma benzer görünebilir. | Cam daha yumuşaktır, genellikle kabarcıklı veya akışkan dokuludur ve SiC’nin aşındırıcı sertliğinden yoksundur. |
| Galena | Metal yüzeyler bazı endüstriyel parçacıklara benzeyebilir. | Galena çok yoğun, yumuşak ve kübik kırılma gösterirken; SiC sert, kırılgan ve çok daha hafiftir. |
Basit termal elmas test cihazları, SiC’nin yüksek termal iletkenliği nedeniyle moissaniti yanlış tanımlayabilir. Kombine termal-elektrik test cihazları, optik inceleme ve profesyonel mücevher testi daha güvenilirdir.
Bu Özellikler Neden Önemlidir
Silikon karbürün özellikleri, neden bu kadar farklı alanlarda kullanıldığını açıklar. Sertliği onu önemli bir aşındırıcı yaparken; termal stabilitesi ve kimyasal direnci onu refrakter seramik yapmış; geniş bant aralığı ve kırılma dayanımı onu önemli bir güç elektroniği malzemesi yapmış; yüksek kırılma indisi ve dispersiyonu ise onu görsel olarak güçlü bir değerli taş yapmıştır.
Aşındırıcılar
Yüksek sertlik, SiC’yi taşlama, kesme, parlatma, cilalama ve yüzey hazırlama için etkili yapar.
Yüksek sıcaklık seramikleri
Termal dayanıklılık ve kimyasal direnç, SiC’yi zorlu endüstriyel ortamlarda kullanışlı kılar.
Güç elektroniği
4H-SiC, yüksek voltaj ve yüksek sıcaklık cihazları, invertörler, şarj cihazları ve verimli güç dönüşümü için önemlidir.
Mücevher optiği
Yüksek kırılma indisi ve güçlü dispersiyon, fasetli moissanite parlak, ateşli görünümünü verir.
Gözlem ve Fotoğrafçılık
Farklı SiC formları farklı aydınlatma gerektirir. Fasetli moissanit, hem parlaklığı hem de gövde rengini gösteren dengeli aydınlatmadan faydalanır, ancak kamerayı spektral ateşle aşırı yüklemez. İridyasan karborundum, yüzey filmlerini yakalayan düşük açılı ışıkla avantaj sağlar. Teknik dilimler ve gri kristaller genellikle kenarları, kalınlığı ve yüzey bitişini ortaya çıkarmak için yayılmış ışık gerektirir.
- Fasetli taşlar için: gövde rengi, ateş ve kesim desenini ayırmak için hem yayılmış hem de yönlendirilmiş ışık kullanın.
- Karborundum için: koyu kristal yüzeyleri yıkamadan girişim rengini göstermek için yan ışık altında yavaşça döndürün.
- Dilimler için: ince malzemeyi düz destekleyin ve kenar kırıklarını veya yüzey filmlerini gizleyen parlamadan kaçının.
- Opak parçalar için: açısal büyümeyi, çatlakları ve yüzey kabartmasını göstermek için nötr bir arka plan ve yandan ışık kullanın.
Bakım ve Kullanım
Silikon karbür dayanıklıdır, ancak bitmiş formu hala önemlidir. Bir yüzükteki fasetli moissanit, keskin karborundum kümesi, ince bir dilim ve gevşek aşındırıcı taneler kullanıldığında ve saklandığında farklı davranır.
Fasetli moissanit
Hafif sabun, ılık su ve yumuşak bir fırça ile temizleyin. İyice durulayın ve tamamen kurulayın. Temizlik sırasında ayarları ve daha yumuşak vurgu taşlarını koruyun.
Karborundum kümeleri
Keskin noktalardan değil, stabil yüzeylerden tutun. İridesan yüzey filmlerine zarar verebilecek sert ovalama ve aşındırıcı temastan kaçının.
Teknik plakalar
Düz ve bükülmeden korunaklı şekilde saklayın. İnce plakalar sert ama kırılgandır, kenarlardan çatlayabilir veya kırılabilir.
Toz ve kesme
SiC’yi uygun teknik kontroller dışında öğütmeyin, delmeyin, testerelemeyin veya aşındırmayın. Bitmiş parçalar stabildir; kontrolsüz toz ve keskin parçacıklar tehlikelidir.
Sıkça Sorulan Sorular
Silikon karbür moissanit ile aynı mıdır?
Moissanit, silikon karbürün mineral ve mücevher adıdır. Doğal moissanit vardır, ancak ticari fasetli moissanit laboratuvarda yetiştirilmiş SiC’dir.
Karborundum doğal mıdır?
Tanıdık iridesan karborundum kümeleri sentetik fırın yapımı silikon karbürdür. Gökkuşağı renkleri genellikle ince yüzey filmlerinden gelir, doğal mineral renginden değil.
Moissanitte neden bu kadar çok ateş (renk oyunu) vardır?
Moissanitin dispersiyonu yüksektir, yaklaşık 0,104’tür, bu da beyaz ışığı spektral renklere çok güçlü şekilde ayırdığı anlamına gelir. Bu, birçok fasetli taşta görülen yoğun renk parlamalarını üretir.
Moissanitte faset kenarları neden çift görünür?
Yaygın hekzagonal moissanit çift kırıcıdır. Işık iki ışına ayrılır ve büyütme altında bu, pavilyon faset kenarlarının çift görünmesine neden olabilir. Bu tanısal bir optik özelliktir, kusur değildir.
Bir elmas test cihazı moissanit ile elması karıştırabilir mi?
Evet. Basit ısıl test cihazları yanıltıcı olabilir çünkü moissanitin ısıl iletkenliği yüksektir. Güvenilir tanımlama için birleşik test cihazları ve optik inceleme daha iyidir.
Silikon karbür kolayca çizilir mi?
Hayır. SiC son derece serttir, Mohs sertlik skalasında yaklaşık 9–9,5’tir. Çizilmeye çok iyi direnç gösterir, ancak keskin noktalar, ince plakalar, plaka kenarları ve montürler darbe altında hala çatlayabilir veya kırılabilir.
3C, 4H ve 6H SiC arasındaki fark nedir?
Bunlar polityplerdir: aynı SiC kimyası farklı dizilim sıralarıyla. 3C kübiktir, 4H ve 6H ise hekzagonaldir. Bu farklar optik, elektronik ve kristal büyüme davranışını etkiler.