सिलिकॉन कार्बाइड

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मेथानिलीडाइनसिलानिलियम

प्रयोगशाला में विकसित एक सिंथेटिक SiC मोनोक्रिस्टल
IUPAC name मेथानिलीडाइनसिलानिलियम
Other names कार्बोरंडम
मोइसानाइट
Pin सिलिकॉन कार्बाइड
Identifiers
CAS Number 409-21-2
UNII WXQ6E537EW
PubChem CID 9863
ChemSpider 9479
EC Number 206-991-8
ChEBI 29390
RTECS number VW0450000
SMILES [C-]#[Si+]
Gmelin Reference 13642
Properties
Formula SiC
Formula SiC
Appearance पीले से हरे से नीले-काले, इंद्रधनुषी क्रिस्टल[1]
Density 3.16 g⋅cm−3 (हेक्स.)
Solubleother पानी में अघुलनशील, पिघले हुए क्षार और पिघले हुए लोहे में घुलनशील[2]
Electronmobility ~900 cm2/(V⋅s) (सभी पॉलीटाइप)
Magnetic susceptibility −12.8 × 10−6 cm3/mol[3]
Melting point 2830 °C
Hazards
Ghspictograms GHS08
Ghssignalword खतरा
Hphrases H350i
Pphrases 501
Nfpa-h 1
Nfpa-f 0
Nfpa-r 0
PEL (permissible) TWA 15 mg/m3 (कुल) TWA 5 mg/m3 (श्वसनीय)[1]
Idlh N.D.[1]
Rel TWA 10 mg/m3 (कुल) TWA 5 mg/m3 (श्वसनीय)[1]

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), जिसे कार्बोरंडम (IPA: /ˌkɑrbəˈrʌndəm/) के नाम से भी जाना जाता है, सिलिकॉन और कार्बन का एक कठोर रासायनिक यौगिक है। एक वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर (अर्धचालक), यह प्रकृति में अत्यंत दुर्लभ खनिज मोइसानाइट के रूप में पाया जाता है, लेकिन 1893 से अपघर्षक (abrasive) के रूप में उपयोग के लिए इसे पाउडर और क्रिस्टल के रूप में बड़े पैमाने पर उत्पादित किया गया है। सिलिकॉन कार्बाइड के दानों को सिंटरिंग द्वारा एक साथ जोड़कर बहुत कठोर सिरेमिक बनाया जा सकता है, जिनका व्यापक रूप से उन अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है जिनमें उच्च सहनशक्ति की आवश्यकता होती है, जैसे कि डिस्क ब्रेक, क्लच और बुलेटप्रूफ जैकेट में बैलिस्टिक प्लेट। सिलिकॉन कार्बाइड के बड़े एकल क्रिस्टल को लेली विधि द्वारा उगाया जा सकता है और उन्हें सिंथेटिक मोइसानाइट रत्न में काटा जा सकता है।

सिलिकॉन कार्बाइड के इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों जैसे लाइट-एमिटिंग डायोड (LED) और शुरुआती रेडियो में डिटेक्टर का प्रदर्शन सबसे पहले 1907 के आसपास किया गया था। सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग उन सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है जो उच्च तापमान, उच्च वोल्टेज या दोनों पर काम करते हैं।

प्राकृतिक उपस्थिति

मोइसानाइट एकल क्रिस्टल (≈ 1 मिमी आकार में)

प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला मोइसानाइट केवल कुछ प्रकार के उल्कापिंड, कोरंडम जमा और किम्बरलाइट में बहुत कम मात्रा में पाया जाता है। दुनिया में बिकने वाला लगभग सारा सिलिकॉन कार्बाइड, जिसमें मोइसानाइट आभूषण भी शामिल हैं, सिंथेटिक है।

प्राकृतिक मोइसानाइट पहली बार 1893 में एरिज़ोना में कैन्यन डियाब्लो उल्कापिंड के एक छोटे घटक के रूप में फर्डिनेंड हेनरी मोइसन द्वारा पाया गया था, जिनके नाम पर 1905 में इस सामग्री का नाम रखा गया था।[4] प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले SiC की मोइसन की खोज पर शुरू में विवाद हुआ था क्योंकि उनका नमूना उन सिलिकॉन कार्बाइड आरी ब्लेड से दूषित हो सकता था जो उस समय बाजार में पहले से ही उपलब्ध थे।[5]

हालाँकि पृथ्वी पर दुर्लभ है, सिलिकॉन कार्बाइड अंतरिक्ष में उल्लेखनीय रूप से सामान्य है। यह कार्बन-समृद्ध तारों के चारों ओर पाए जाने वाले स्टार डस्ट का एक सामान्य रूप है, और इस स्टार डस्ट के उदाहरण आदिम (अपरिवर्तित) उल्कापिंडों में प्राचीन स्थिति में पाए गए हैं। अंतरिक्ष और उल्कापिंडों में पाया जाने वाला सिलिकॉन कार्बाइड लगभग विशेष रूप से बीटा-पॉलीमॉर्फ है। मर्चिसन उल्कापिंड, एक कार्बनयुक्त कॉन्ड्राइट उल्कापिंड में पाए गए SiC दानों के विश्लेषण से कार्बन और सिलिकॉन के असामान्य आइसोटोपिक अनुपात का पता चला है, जो यह दर्शाता है कि ये दाने सौर मंडल के बाहर से आए हैं।[6]

इतिहास

प्रारंभिक प्रयोग

सिलिकॉन कार्बाइड के गैर-व्यवस्थित, कम-मान्यता प्राप्त, और अक्सर असत्यापित संश्लेषणों में शामिल हैं:

  • सीज़र-मैन्सुएट डेस्प्रेट्ज़ का रेत में दबे कार्बन रॉड के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित करना (1849)
  • रॉबर्ट सिडनी मार्सडेन का ग्रेफाइट क्रूसिबल में पिघले हुए चांदी में सिलिका का विघटन (1881)
  • पॉल शुट्ज़ेनबर्गर का ग्रेफाइट क्रूसिबल में सिलिकॉन और सिलिका के मिश्रण को गर्म करना (1881)
  • अल्बर्ट कोलसन का एथिलीन की धारा के तहत सिलिकॉन को गर्म करना (1882)।[7]

बड़े पैमाने पर उत्पादन

एच. जे. राउंड के LED प्रयोगों की एक प्रतिकृति

बड़े पैमाने पर उत्पादन का श्रेय 1891 में एडवर्ड गुडरिच एचेसन को दिया जाता है।[8] एचेसन कृत्रिम हीरे तैयार करने का प्रयास कर रहे थे जब उन्होंने लोहे के कटोरे में मिट्टी (एल्यूमीनियम सिलिकेट) और पाउडर युक्त कोक (कार्बन) के मिश्रण को गर्म किया। उन्होंने बनने वाले नीले क्रिस्टल को कार्बोरंडम कहा, यह मानते हुए कि यह कार्बन और एल्यूमीनियम का एक नया यौगिक है, जो कोरंडम के समान है। हेनरी मोइसन ने भी कई मार्गों से SiC का संश्लेषण किया, जिसमें पिघले हुए सिलिकॉन में कार्बन का विघटन, कैल्शियम कार्बाइड और सिलिका के मिश्रण को पिघलाना, और एक इलेक्ट्रिक भट्टी में कार्बन के साथ सिलिका को कम करना शामिल है।

एचेसन ने सिलिकॉन कार्बाइड पाउडर बनाने की विधि का पेटेंट 28 फरवरी, 1893 को कराया।[9] एचेसन ने इलेक्ट्रिक बैच भट्टी भी विकसित की जिसके द्वारा SiC आज भी बनाया जाता है और थोक SiC के निर्माण के लिए कार्बोरंडम कंपनी का गठन किया, शुरू में एक अपघर्षक के रूप में उपयोग के लिए।[10] 1900 में कंपनी ने इलेक्ट्रिक स्मेल्टिंग एंड एल्युमीनियम कंपनी के साथ समझौता किया जब एक न्यायाधीश के फैसले ने इसके संस्थापकों को "अयस्कों और अन्य पदार्थों को तापदीप्त विधि द्वारा कम करने के लिए" व्यापक रूप से प्राथमिकता दी।[11]

SiC का पहला उपयोग एक अपघर्षक के रूप में था। इसके बाद इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोग आए। 20वीं सदी की शुरुआत में, सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग पहले रेडियो में डिटेक्टर के रूप में किया जाता था।[12] 1907 में हेनरी जोसेफ राउंड ने SiC क्रिस्टल पर वोल्टेज लागू करके और कैथोड पर पीले, हरे और नारंगी उत्सर्जन को देखकर पहला LED बनाया। इस प्रभाव को बाद में 1923 में सोवियत संघ में ओलेग लोसेव द्वारा फिर से खोजा गया था।[13]

उत्पादन

सिंथेटिक SiC क्रिस्टल ~3 मिमी व्यास में
सिलिकॉन कार्बाइड से बने दो छह-इंच (≈ 15 सेमी) वेफर्स

चूंकि प्राकृतिक मोइसानाइट अत्यंत दुर्लभ है, इसलिए अधिकांश सिलिकॉन कार्बाइड सिंथेटिक होता है। सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग एक अपघर्षक के रूप में, साथ ही एक सेमीकंडक्टर और रत्न गुणवत्ता के हीरे के विकल्प के रूप में किया जाता है। सिलिकॉन कार्बाइड के निर्माण की सबसे सरल प्रक्रिया सिलिका रेत और कार्बन को एक उच्च तापमान पर, 1600 C और 2500 C के बीच, एचेसन ग्रेफाइट विद्युत प्रतिरोध भट्टी में मिलाना है। पौधों की सामग्री (जैसे चावल की भूसी) में महीन SiO2 कणों को कार्बनिक सामग्री से अतिरिक्त कार्बन में गर्म करके SiC में परिवर्तित किया जा सकता है।[14] सिलिका फ्यूम, जो मौलिक सिलिकॉन और फेरोसिलिकॉन मिश्र धातुओं के उत्पादन का एक उप-उत्पाद है, को भी 1500 C पर ग्रेफाइट के साथ गर्म करके SiC में परिवर्तित किया जा सकता है।[15]

एचेसन भट्टी में बनने वाली सामग्री की शुद्धता ग्रेफाइट प्रतिरोधक ऊष्मा स्रोत से उसकी दूरी के अनुसार बदलती रहती है। रंगहीन, हल्के पीले और हरे रंग के क्रिस्टल में उच्चतम शुद्धता होती है और वे प्रतिरोधक के सबसे करीब पाए जाते हैं। प्रतिरोधक से अधिक दूरी पर रंग नीला और काला हो जाता है, और ये गहरे क्रिस्टल कम शुद्ध होते हैं। नाइट्रोजन और एल्यूमीनियम सामान्य अशुद्धियाँ हैं, और वे SiC की विद्युत चालकता को प्रभावित करते हैं।[16]

सिंथेटिक SiC लेली क्रिस्टल

शुद्ध सिलिकॉन कार्बाइड लेली प्रक्रिया द्वारा बनाया जा सकता है,[17] जिसमें SiC पाउडर को 2,500 °C पर आर्गन गैस के वातावरण में सिलिकॉन, कार्बन, सिलिकॉन डाइकार्बाइड (SiC2), और डिसिलिकॉन कार्बाइड (Si2C) की उच्च-तापमान प्रजातियों में ऊर्ध्वपातित (sublimed) किया जाता है और थोड़े ठंडे सब्सट्रेट पर परतदार एकल क्रिस्टल के रूप में पुन: जमा किया जाता है,[18] जिनका आकार 2 × 2 सेमी तक होता है। यह प्रक्रिया उच्च गुणवत्ता वाले एकल क्रिस्टल देती है, जो ज्यादातर 6H-SiC चरण के होते हैं (उच्च विकास तापमान के कारण)।

ग्रेफाइट क्रूसिबल में इंडक्शन हीटिंग से जुड़ी एक संशोधित लेली प्रक्रिया 4 इंच (10 सेमी) व्यास के और भी बड़े एकल क्रिस्टल देती है, जिसमें पारंपरिक लेली प्रक्रिया की तुलना में 81 गुना बड़ा खंड होता है।[19] सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स अक्सर इस विधि का उपयोग करके उगाए जाते हैं, जिसे उद्योग में SiC से बने सीड वेफर के साथ फिजिकल वेपर ट्रांसपोर्ट के रूप में जाना जाता है। SiC पाउडर को तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि वह ऊर्ध्वपातित न हो जाए, और फिर SiC वाष्प ठंडी होकर सीड क्रिस्टल के नीचे जमा हो जाती है।[20][21]

क्यूबिक SiC आमतौर पर साइलेन, हाइड्रोजन और नाइट्रोजन के केमिकल वेपर डिपोजिशन (CVD) की अधिक महंगी प्रक्रिया द्वारा उगाया जाता है।[16][22] होमोएपिटैक्सियल और हेटेरोएपिटैक्सियल SiC परतों को गैस और तरल चरण दोनों दृष्टिकोणों का उपयोग करके उगाया जा सकता है।[23]

जटिल आकार के SiC बनाने के लिए, प्रीसेरामिक पॉलिमर का उपयोग अग्रदूतों (precursors) के रूप में किया जा सकता है जो 1,000–1,100 °C की सीमा में तापमान पर पायरोलिसिस के माध्यम से सिरेमिक उत्पाद बनाते हैं।[24] इस तरह से सिलिकॉन कार्बाइड प्राप्त करने के लिए अग्रदूत सामग्री में पॉलीकार्बोसिलेन, पॉली(मिथाइलसिलिन) और पॉलीसिलाज़ेन शामिल हैं।[25] प्रीसेरामिक पॉलिमर के पायरोलिसिस से प्राप्त सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री को पॉलिमर व्युत्पन्न सिरेमिक या PDCs के रूप में जाना जाता है। प्रीसेरामिक पॉलिमर का पायरोलिसिस अक्सर अपेक्षाकृत कम तापमान पर अक्रिय वातावरण के तहत किया जाता है। CVD प्रक्रिया की तुलना में, पायरोलिसिस विधि फायदेमंद है क्योंकि पॉलिमर को सिरेमिक में थर्मल होने से पहले विभिन्न आकारों में ढाला जा सकता है।[26][27][28][29]

SiC को डायमंड वायर सॉ का उपयोग करके या लेजर का उपयोग करके एकल क्रिस्टल को काटकर वेफर्स में भी बनाया जा सकता है। SiC पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाने वाला एक उपयोगी सेमीकंडक्टर है।[30]

संरचना और गुण

मुख्य लेख: Polymorphs of silicon carbide
प्रमुख SiC पॉलीटाइप्स की संरचना।
(β)3C-SiC 4H-SiC (α)6H-SiC
सिलिकॉन कार्बाइड, स्टीरियोस्कोपिक माइक्रोस्कोप के तहत ली गई छवि।

सिलिकॉन कार्बाइड लगभग 250 क्रिस्टलीय रूपों में मौजूद है।[31] प्रीसेरामिक पॉलिमर के अक्रिय वायुमंडलीय पायरोलिसिस के माध्यम से, कांच जैसे अनाकार (amorphous) रूप में सिलिकॉन कार्बाइड भी उत्पादित किया जाता है।[24] SiC का पॉलीमॉर्फिज्म समान क्रिस्टलीय संरचनाओं के एक बड़े परिवार द्वारा विशेषता है जिसे पॉलीटाइप्स कहा जाता है। वे एक ही रासायनिक यौगिक के रूपांतर हैं जो दो आयामों में समान हैं और तीसरे में भिन्न हैं। इस प्रकार, उन्हें एक निश्चित क्रम में खड़ी परतों के रूप में देखा जा सकता है।[32]

अल्फा सिलिकॉन कार्बाइड (α-SiC) सबसे अधिक पाया जाने वाला पॉलीमॉर्फ है, और यह 1,700 °C से अधिक तापमान पर बनता है और इसकी हेक्सागोनल क्रिस्टल संरचना (वुर्टज़ाइट के समान) होती है। बीटा संशोधन (β-SiC), जिंकब्लेंड क्रिस्टल संरचना (हीरे के समान) के साथ, 1,700 °C से नीचे के तापमान पर बनता है।[33] हाल तक, बीटा रूप के अपेक्षाकृत कम व्यावसायिक उपयोग थे, हालांकि अब अल्फा रूप की तुलना में इसके उच्च सतह क्षेत्र के कारण विषम उत्प्रेरक (heterogeneous catalysts) के लिए समर्थन के रूप में इसके उपयोग में रुचि बढ़ रही है।

प्रमुख SiC पॉलीटाइप्स के गुण[34][26]
पॉलीटाइप 3C (β) 4H 6H (α)
क्रिस्टल संरचना जिंकब्लेंड (क्यूबिक) हेक्सागोनल हेक्सागोनल
स्पेस ग्रुप T2d-F43m C46v-P63mc C46v-P63mc
पियर्सन प्रतीक cF8 hP8 hP12
लैटिस स्थिरांक (Å) 4.3596 3.0730; 10.053 3.0810; 15.12
घनत्व (g/cm3) 3.21 3.21 3.21
बैंडगैप (eV) 2.36 3.23 3.05
बल्क मॉड्यूलस (GPa) 250 220 220
तापीय चालकता (W⋅m−1⋅K−1)
@300 K (तापमान निर्भरता के लिए [35][36] देखें) 		320 348 325
तापीय विस्तार गुणांक (10−6 K−1)
@300 K (तापमान निर्भरता के लिए [37] देखें) 		-- 2.28 (⊥ c); 2.49 (∥ c) 2.25

शुद्ध SiC रंगहीन होता है। औद्योगिक उत्पाद का भूरा से काला रंग लोहे की अशुद्धियों के कारण होता है।[38] क्रिस्टल की इंद्रधनुषी चमक सतह पर बनने वाली सिलिकॉन डाइऑक्साइड की एक पैसिवेशन परत के थिन-फिल्म इंटरफेरेंस के कारण होती है।

SiC का उच्च ऊर्ध्वपातन तापमान (लगभग 2,700 °C) इसे बेयरिंग और भट्टी के हिस्सों के लिए उपयोगी बनाता है। सिलिकॉन कार्बाइड पिघलता नहीं है लेकिन ग्रेफाइट की तरह 2,700 °C के पास ऊर्ध्वपातित होने लगता है, जिसका उस तापमान के पास पर्याप्त वाष्प दबाव होता है। यह रासायनिक रूप से भी अत्यधिक अक्रिय है, आंशिक रूप से SiO2 की एक पतली पैसिवेटेड परत के गठन के कारण। वर्तमान में इलेक्ट्रॉनिक्स में एक सेमीकंडक्टर सामग्री के रूप में इसके उपयोग में बहुत रुचि है, जहाँ इसकी उच्च तापीय चालकता, उच्च विद्युत क्षेत्र ब्रेकडाउन शक्ति और उच्च अधिकतम विद्युत धारा घनत्व इसे उच्च-शक्ति वाले उपकरणों के लिए सिलिकॉन से अधिक आशाजनक बनाते हैं।[39] SiC का 300 K के पास (4H और 6H SiC के लिए) लगभग 2.3 × 10−6 K−1 का बहुत कम तापीय विस्तार गुणांक है और 5 K से 340 K के तापमान सीमा में कोई फेज ट्रांजिशन का अनुभव नहीं करता है जो तापीय विस्तार गुणांक में असंतोष पैदा करेगा।[16][37]

विद्युत चालकता

सिलिकॉन कार्बाइड एक सेमीकंडक्टर है, जिसे नाइट्रोजन या फास्फोरस द्वारा n-टाइप और बेरिलियम, बोरोन, एल्यूमीनियम, या गैलियम द्वारा p-टाइप डोप किया जा सकता है।[34] बोरोन, एल्यूमीनियम, या नाइट्रोजन के साथ भारी डोपिंग द्वारा धात्विक चालकता प्राप्त की गई है।

सुपरकंडक्टिविटी (अतिचालकता) 3C-SiC:Al, 3C-SiC:B और 6H-SiC:B में समान तापमान ~1.5 K पर पता चली है।[33][40] हालांकि एल्यूमीनियम और बोरोन डोपिंग के बीच चुंबकीय क्षेत्र व्यवहार के लिए एक महत्वपूर्ण अंतर देखा गया है: 3C-SiC:Al टाइप-II है। इसके विपरीत, 3C-SiC:B टाइप-I है, जैसा कि 6H-SiC:B है। इस प्रकार, सुपरकंडक्टिंग गुण पॉलीटाइप (3C- बनाम 6H-) की तुलना में डोपेंट (B बनाम Al) पर अधिक निर्भर करते हैं। इस निर्भरता को समझाने के प्रयास में, यह नोट किया गया कि B, SiC में C साइटों पर प्रतिस्थापित होता है, लेकिन Al, Si साइटों पर प्रतिस्थापित होता है। इसलिए, Al और B दोनों पॉलीटाइप्स में अलग-अलग वातावरण "देखते" हैं।[41]

उपयोग

अपघर्षक और काटने के उपकरण

SiC से बनी कटिंग डिस्क

विनिर्माण में, इसका उपयोग अपघर्षक मशीनिंग प्रक्रियाओं जैसे ग्राइंडिंग, होनिंग, वाटर-जेट कटिंग और सैंडब्लास्टिंग में इसकी कठोरता के लिए किया जाता है। SiC, एल्यूमीनियम ऑक्साइड की तुलना में सैंड ब्लास्टिंग के लिए बहुत अधिक तेज और कठोर विकल्प प्रदान करता है। सिलिकॉन कार्बाइड के कणों को सैंडपेपर बनाने के लिए कागज पर लैमिनेट किया जाता है और स्केटबोर्ड पर ग्रिप टेप के रूप में उपयोग किया जाता है।[42]

कला में, सामग्री की स्थायित्व और कम लागत के कारण आधुनिक लैपिडरी में सिलिकॉन कार्बाइड एक लोकप्रिय अपघर्षक है।

1982 में, एल्यूमीनियम ऑक्साइड और सिलिकॉन कार्बाइड व्हिस्कर्स का एक असाधारण रूप से मजबूत कंपोजिट खोजा गया था। इस प्रयोगशाला-निर्मित कंपोजिट को व्यावसायिक उत्पाद में विकसित करने में केवल तीन साल लगे। 1985 में, इस एल्यूमिना और सिलिकॉन कार्बाइड व्हिस्कर-प्रबलित कंपोजिट से बने पहले व्यावसायिक काटने के उपकरण बाजार में पेश किए गए थे।[43]

संरचनात्मक सामग्री

सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग बुलेटप्रूफ जैकेट की हार्ड आर्मर प्लेटों के लिए किया जाता है

1980 और 1990 के दशक में, यूरोप, जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका में उच्च-तापमान गैस टर्बाइनों के लिए सिलिकॉन कार्बाइड का कई शोध कार्यक्रमों में अध्ययन किया गया था। घटकों का उद्देश्य निकल सुपरअलॉय टर्बाइन ब्लेड या नोजल वेन्स को बदलना था।[44] हालाँकि, इनमें से कोई भी परियोजना उत्पादन मात्रा में परिणामित नहीं हुई, मुख्य रूप से इसके कम प्रभाव प्रतिरोध और इसकी कम फ्रैक्चर टफनेस (कठोरता) के कारण।[45]

अन्य कठोर सिरेमिक (जैसे एल्यूमिना और बोरोन कार्बाइड) की तरह, सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग कम्पोजिट आर्मर (जैसे चोभम आर्मर) में और बुलेटप्रूफ जैकेट की सिरेमिक प्लेटों में किया जाता है। ड्रैगन स्किन, जिसे पिनाकल आर्मर द्वारा निर्मित किया गया था, में सिलिकॉन कार्बाइड की डिस्क का उपयोग किया गया था।[46] SiC आर्मर में बेहतर फ्रैक्चर टफनेस (भंगुरता-रोधी क्षमता) को असामान्य ग्रेन ग्रोथ (AGG) की घटना के माध्यम से सुगम बनाया जा सकता है। असामान्य रूप से लंबे सिलिकॉन कार्बाइड ग्रेन (कणों) की वृद्धि क्रैक-वेक ब्रिजिंग के माध्यम से मजबूती प्रदान करने का कार्य कर सकती है, जो व्हिस्कर सुदृढीकरण (whisker reinforcement) के समान है। सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) में भी इसी तरह के AGG-टफनिंग प्रभावों की सूचना मिली है।[47]

सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग उच्च-तापमान वाली भट्टियों में सपोर्ट और शेल्विंग सामग्री के रूप में किया जाता है, जैसे कि सिरेमिक पकाने, ग्लास फ्यूजिंग या ग्लास कास्टिंग के लिए। SiC भट्टी की अलमारियां पारंपरिक एल्यूमिना अलमारियों की तुलना में काफी हल्की और अधिक टिकाऊ होती हैं।[48]

दिसंबर 2015 में, पिघले हुए मैग्नीशियम में सिलिकॉन कार्बाइड नैनो-कणों के मिश्रण का उल्लेख वैमानिकी, एयरोस्पेस, ऑटोमोबाइल और माइक्रो-इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग के लिए एक नई मजबूत और प्लास्टिक मिश्र धातु बनाने के तरीके के रूप में किया गया था।[49]

ऑटोमोबाइल के पुर्जे

पोर्श कैरेरा जीटी का सिलिकॉन कार्बाइड "कार्बन-सिरेमिक" डिस्क ब्रेक

सिलिकॉन-इनफिल्ट्रेटेड कार्बन-कार्बन कम्पोजिट का उपयोग उच्च-प्रदर्शन वाले "सिरेमिक" ब्रेक डिस्क के लिए किया जाता है, क्योंकि वे अत्यधिक तापमान का सामना कर सकते हैं। सिलिकॉन, कार्बन-कार्बन कम्पोजिट में मौजूद ग्रेफाइट के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बन-फाइबर-रीइन्फोर्स्ड सिलिकॉन कार्बाइड (C/SiC) बन जाता है। इन ब्रेक डिस्क का उपयोग कुछ सड़क पर चलने वाली स्पोर्ट्स कारों, सुपरकारों, और अन्य प्रदर्शन कारों में किया जाता है, जिनमें पोर्श कैरेरा जीटी, बुगाटी वेरॉन, शेवरले कार्वेट ZR1, मैकलारेन P1,[50] बेंटले, फेरारी, लैम्बोर्गिनी और कुछ विशिष्ट उच्च-प्रदर्शन वाली ऑडी कारें शामिल हैं। सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग सिंटर्ड रूप में डीजल पार्टिकुलेट फिल्टर के लिए भी किया जाता है।[51] इसका उपयोग घर्षण, उत्सर्जन और हार्मोनिक्स को कम करने के लिए तेल योज्य (oil additive) के रूप में भी किया जाता है।[52][53]

फाउंड्री क्रूसिबल

SiC का उपयोग छोटी और बड़ी फाउंड्री अनुप्रयोगों में धातु को पिघलाने के लिए क्रूसिबल (मूषा) में किया जाता है।[54][55]

विद्युत प्रणालियाँ

SiC का सबसे प्रारंभिक विद्युत अनुप्रयोग विद्युत शक्ति प्रणालियों में लाइटनिंग अरेस्टर (तड़ित निरोधक) में सर्ज प्रोटेक्शन के रूप में था। इन उपकरणों को तब तक उच्च प्रतिरोध प्रदर्शित करना होता है जब तक कि उनके आर-पार वोल्टेज एक निश्चित सीमा VT तक न पहुंच जाए, जिस बिंदु पर उनका प्रतिरोध कम स्तर तक गिर जाना चाहिए और इस स्तर को तब तक बनाए रखना चाहिए जब तक कि लागू वोल्टेज VT से नीचे न गिर जाए, जिससे करंट जमीन में प्रवाहित हो सके।[56]

यह बहुत पहले ही पहचाना जा चुका था कि SiC में ऐसा वोल्टेज-निर्भर प्रतिरोध होता है, इसलिए SiC छर्रों (pellets) के कॉलम को उच्च-वोल्टेज पावर लाइनों और पृथ्वी के बीच जोड़ा जाता था। जब लाइन पर बिजली गिरती है और लाइन वोल्टेज पर्याप्त रूप से बढ़ जाता है, तो SiC कॉलम संचालित हो जाता है, जिससे बिजली का करंट पावर लाइन के साथ जाने के बजाय सुरक्षित रूप से पृथ्वी में चला जाता है। SiC कॉलम सामान्य पावर-लाइन ऑपरेटिंग वोल्टेज पर काफी हद तक संचालित होते थे, इसलिए उन्हें स्पार्क गैप के साथ श्रृंखला में रखा जाना पड़ता था। जब बिजली पावर लाइन कंडक्टर के वोल्टेज को बढ़ाती है, तो यह स्पार्क गैप आयनित होकर संवाहक बन जाता है, जिससे प्रभावी रूप से SiC कॉलम पावर कंडक्टर और पृथ्वी के बीच जुड़ जाता है। लाइटनिंग अरेस्टर में उपयोग किए जाने वाले स्पार्क गैप अविश्वसनीय होते थे, जो या तो जरूरत पड़ने पर आर्क उत्पन्न करने में विफल रहते थे या बाद में बंद होने में विफल रहते थे, बाद वाले मामले में सामग्री की विफलता या धूल या नमक द्वारा संदूषण के कारण ऐसा होता था। SiC कॉलम का उपयोग मूल रूप से लाइटनिंग अरेस्टर में स्पार्क गैप की आवश्यकता को समाप्त करने के लिए किया गया था। गैप्ड SiC अरेस्टर का उपयोग बिजली-सुरक्षा के लिए किया जाता था और इन्हें GE और वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशन ब्रांड नामों के तहत बेचा जाता था। गैप्ड SiC अरेस्टर को काफी हद तक बिना गैप वाले वेरिस्टर द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया है जो जिंक ऑक्साइड छर्रों के कॉलम का उपयोग करते हैं।[57]

इलेक्ट्रॉनिक सर्किट तत्व

सिलिकॉन कार्बाइड पहला व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण अर्धचालक (सेमीकंडक्टर) पदार्थ था। एक क्रिस्टल रेडियो "कार्बोरंडम" (सिंथेटिक सिलिकॉन कार्बाइड) डिटेक्टर डायोड को 1906 में हेनरी हैरिसन चेस डुनवुडी द्वारा पेटेंट कराया गया था। इसका उपयोग जहाज के रिसीवरों में बहुत पहले किया गया था।

पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण

1993 में, सिलिकॉन कार्बाइड को अनुसंधान और प्रारंभिक बड़े पैमाने पर उत्पादन दोनों में एक अर्धचालक माना जाता था, जो तेज, उच्च-तापमान और/या उच्च-वोल्टेज उपकरणों के लिए लाभ प्रदान करता था। उपलब्ध पहले उपकरण शॉटकी डायोड थे, जिसके बाद उच्च-शक्ति स्विचिंग के लिए जंक्शन-गेट FETs और MOSFET आए। बाइपोलर ट्रांजिस्टर और थायरिस्टर का भी वर्णन किया गया था।[39]

SiC के व्यावसायीकरण के लिए एक बड़ी समस्या दोषों का उन्मूलन रही है: एज डिस्लोकेशन, स्क्रू डिस्लोकेशन (खोखले और बंद कोर दोनों), त्रिकोणीय दोष और बेसल प्लेन डिस्लोकेशन।[58] परिणामस्वरूप, SiC क्रिस्टल से बने उपकरणों ने शुरू में खराब रिवर्स ब्लॉकिंग प्रदर्शन प्रदर्शित किया, हालांकि शोधकर्ता ब्रेकडाउन प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए समाधान ढूंढ रहे हैं।[59] क्रिस्टल गुणवत्ता के अलावा, सिलिकॉन डाइऑक्साइड के साथ SiC के इंटरफेस की समस्याओं ने SiC-आधारित पावर MOSFETs और इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर के विकास में बाधा उत्पन्न की है। हालांकि तंत्र अभी भी स्पष्ट नहीं है, नाइट्राइडिंग ने इंटरफेस समस्याओं का कारण बनने वाले दोषों को काफी कम कर दिया है।[60]

2008 में, 1,200 V पर रेट किए गए पहले वाणिज्यिक JFET बाजार में पेश किए गए,[61] जिसके बाद 2011 में 1200 V पर रेट किए गए पहले वाणिज्यिक MOSFET आए। JFETs अब 650 V से 1,700 V तक रेट किए गए हैं, जिनका प्रतिरोध 25 mΩ जितना कम है। लोकप्रिय TO-247 और TO-220 पैकेज में SiC स्विच और SiC शॉटकी डायोड (शॉटकी बैरियर डायोड, SBD) के अलावा, कंपनियों ने बेयर चिप्स को अपने पावर इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल में लागू करना शुरू कर दिया है।

SiC SBD डायोड ने PFC सर्किट और IGBT पावर मॉड्यूल में उपयोग किए जाने वाले व्यापक बाजार प्रसार को पाया।[62] इंटरनेशनल कॉन्फ्रेंस ऑन इंटीग्रेटेड पावर इलेक्ट्रॉनिक्स सिस्टम्स (CIPS) जैसे सम्मेलन नियमित रूप से SiC पावर उपकरणों की तकनीकी प्रगति के बारे में रिपोर्ट करते हैं। SiC पावर उपकरणों की क्षमताओं को पूरी तरह से उजागर करने के लिए प्रमुख चुनौतियां हैं:

  • गेट ड्राइव: SiC उपकरणों को अक्सर ऐसे गेट ड्राइव वोल्टेज स्तरों की आवश्यकता होती है जो उनके सिलिकॉन समकक्षों से भिन्न होते हैं और असममित भी हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, +20 V और -5 V।[63]
  • पैकेजिंग: SiC चिप्स में सिलिकॉन पावर उपकरणों की तुलना में उच्च शक्ति घनत्व हो सकता है और वे 150 °C की सिलिकॉन सीमा से अधिक तापमान को संभालने में सक्षम हैं। उपकरणों से गर्मी को कुशलतापूर्वक बाहर निकालने और विश्वसनीय इंटरकनेक्शन सुनिश्चित करने के लिए सिंटरिंग जैसी नई डाई अटैच तकनीकों की आवश्यकता होती है।[64]

टेस्ला मॉडल 3 से शुरू होकर, ड्राइव यूनिट में पावर इन्वर्टर 650 वोल्ट के लिए रेट किए गए सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) MOSFET चिप्स के 24 जोड़े का उपयोग करते हैं। इस उदाहरण में सिलिकॉन कार्बाइड ने टेस्ला को आकार और वजन के मामले में सिलिकॉन से बनी चिप्स पर महत्वपूर्ण लाभ दिया। कई ऑटोमोबाइल निर्माता अपने उत्पादों में सिलिकॉन कार्बाइड को पावर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में शामिल करने की योजना बना रहे हैं। 2022 में अपस्टेट न्यूयॉर्क में वोल्फस्पीड द्वारा खोले गए एक बड़े संयंत्र के साथ सिलिकॉन कार्बाइड के उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि का अनुमान है।[65][66]

पराबैंगनी एलईडी (InGaN पर आधारित)

एलईडी

इलेक्ट्रोлюмиनेसेंस की घटना 1907 में सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग करके खोजी गई थी और कुछ पहले वाणिज्यिक एलईडी इसी सामग्री पर आधारित थे। जब अमेरिका की जनरल इलेक्ट्रिक ने मार्च 1967 में अपना SSL-1 सॉलिड स्टेट लैंप पेश किया, जिसमें पीले प्रकाश को उत्सर्जित करने के लिए अर्ध-चालक SiC की एक छोटी चिप का उपयोग किया गया था, तो यह उस समय दुनिया की सबसे चमकदार एलईडी थी।[67] 1970 तक, इसे चमकदार लाल एलईडी द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया था, लेकिन 3C-SiC से बनी पीली एलईडी का निर्माण 1970 के दशक में सोवियत संघ में[68] और 1980 के दशक में दुनिया भर में ब्लू एलईडी (6H-SiC) का निर्माण जारी रहा।[69]

कार्बाइड एलईडी का उत्पादन जल्द ही बंद हो गया जब एक अलग सामग्री, गैलियम नाइट्राइड, ने 10-100 गुना अधिक चमकदार उत्सर्जन दिखाया। दक्षता में यह अंतर SiC के प्रतिकूल अप्रत्यक्ष बैंडगैप के कारण है, जबकि GaN में एक प्रत्यक्ष बैंडगैप होता है जो प्रकाश उत्सर्जन का पक्ष लेता है। हालांकि, SiC अभी भी महत्वपूर्ण एलईडी घटकों में से एक है: यह GaN उपकरणों को उगाने के लिए एक लोकप्रिय सब्सट्रेट है, और यह उच्च-शक्ति एलईडी में हीट स्प्रेडर के रूप में भी कार्य करता है।[69]

खगोल विज्ञान

कम थर्मल विस्तार गुणांक,[37] उच्च कठोरता, दृढ़ता और तापीय चालकता सिलिकॉन कार्बाइड को खगोलीय दूरबीनों के लिए एक वांछनीय दर्पण सामग्री बनाती है। विकास तकनीक (रासायनिक वाष्प जमाव) को 3.5 m व्यास तक के पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कार्बाइड की डिस्क बनाने के लिए बढ़ाया गया है, और हर्शेल स्पेस टेलीस्कोप जैसी कई दूरबीनें पहले से ही SiC ऑप्टिक्स से लैस हैं,[70][71] साथ ही गाइया अंतरिक्ष वेधशाला अंतरिक्ष यान के सबसिस्टम एक कठोर सिलिकॉन कार्बाइड फ्रेम पर लगे होते हैं, जो एक स्थिर संरचना प्रदान करता है जो गर्मी के कारण फैलेगी या सिकुड़ेगी नहीं।

थिन-फिलामेंट पायरोमेट्री

परीक्षण ज्वाला और चमकते SiC फाइबर। ज्वाला लगभग 7 cm ऊंची है।

सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर का उपयोग थिन-फिलामेंट पायरोमेट्री नामक एक ऑप्टिकल तकनीक में गैस के तापमान को मापने के लिए किया जाता है। इसमें एक गर्म गैस धारा में एक पतला फिलामेंट रखना शामिल है। फिलामेंट से विकिरण उत्सर्जन को फिलामेंट तापमान के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है। फिलामेंट 15 माइक्रोमीटर व्यास वाले SiC फाइबर होते हैं, जो मानव बाल के पांचवें हिस्से के बराबर होते हैं। चूंकि फाइबर इतने पतले होते हैं, वे ज्वाला को बहुत कम परेशान करते हैं और उनका तापमान स्थानीय गैस के करीब रहता है। लगभग 800-2,500 K के तापमान को मापा जा सकता है।[72][73]

हीटिंग तत्व

सिलिकॉन कार्बाइड हीटिंग तत्वों के संदर्भ 20वीं सदी की शुरुआत से मिलते हैं जब उन्हें अमेरिका में एचेसन की कार्बोरंडम कंपनी और बर्लिन में EKL द्वारा निर्मित किया गया था। सिलिकॉन कार्बाइड ने धात्विक हीटरों की तुलना में उच्च ऑपरेटिंग तापमान की पेशकश की। सिलिकॉन कार्बाइड तत्वों का उपयोग आज कांच और अलौह धातु को पिघलाने, धातुओं के हीट ट्रीटमेंट, फ्लोट ग्लास उत्पादन, सिरेमिक और इलेक्ट्रॉनिक्स घटकों के उत्पादन, गैस हीटरों के लिए पायलट लाइट में इग्नाइटर आदि में किया जाता है।[74]

हीट शील्डिंग

नासा के LOFTID इन्फ्लेटेबल हीट शील्ड की बाहरी थर्मल सुरक्षा परत में सिलिकॉन कार्बाइड से बना एक बुना हुआ सिरेमिक शामिल है, जिसमें इतने छोटे व्यास का फाइबर होता है जिसे बंडल करके धागे में काता जा सकता है।[75]

परमाणु अनुप्रयोग

SiC की असाधारण न्यूट्रॉन अवशोषण क्षमता के कारण, इसका उपयोग परमाणु रिएक्टरों में ईंधन क्लैडिंग के रूप में और परमाणु कचरे को रोकने वाली सामग्री के रूप में किया जाता है।[76] इसका उपयोग परमाणु सुविधाओं में विकिरण के स्तर की निगरानी, पर्यावरण निगरानी और मेडिकल इमेजिंग के लिए विकिरण डिटेक्टर बनाने में भी किया जाता है।[77] इसके अलावा, परमाणु रिएक्टर अनुप्रयोगों के लिए SiC सेंसर और इलेक्ट्रॉनिक्स को भविष्य की मंगल परमाणु ऊर्जा और उभरते स्थलीय सूक्ष्म परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए विकसित किया जा रहा है।[78]

परमाणु ईंधन कण और क्लैडिंग

सिलिकॉन कार्बाइड TRISO-कोटेड ईंधन कणों में एक महत्वपूर्ण सामग्री है, जो उच्च तापमान गैस कूल्ड रिएक्टर जैसे पेबल-बेड रिएक्टर में पाए जाने वाले परमाणु ईंधन का प्रकार है। सिलिकॉन कार्बाइड की एक परत लेपित ईंधन कणों को संरचनात्मक समर्थन देती है और विखंडन उत्पादों की रिहाई के लिए मुख्य प्रसार अवरोध है।[79]

सिलिकॉन कार्बाइड कम्पोजिट सामग्री की जांच लाइट वाटर रिएक्टर में ज़िरकलॉय क्लैडिंग के प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग के लिए की गई है। इस जांच के कारणों में से एक यह है कि ज़िरकलॉय पानी के साथ संक्षारण प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन उत्सर्जन का अनुभव करता है। यह रेडियल हाइड्राइड्स के बढ़ते आयतन अंश के साथ फ्रैक्चर टफनेस में कमी पैदा करता है। यह घटना सामग्री के नुकसान के लिए बढ़ते तापमान के साथ तेजी से बढ़ती है।[80] सिलिकॉन कार्बाइड क्लैडिंग इस तरह के यांत्रिक क्षरण का अनुभव नहीं करती है, बल्कि तापमान बढ़ने के साथ अपनी मजबूती के गुणों को बनाए रखती है। कम्पोजिट में SiC फाइबर होते हैं जो एक SiC आंतरिक परत के चारों ओर लिपटे होते हैं और एक SiC बाहरी परत से घिरे होते हैं।[81] SiC कम्पोजिट के टुकड़ों को जोड़ने की क्षमता के साथ समस्याओं की सूचना मिली है।[82]

आभूषण

एक मोइसानाइट सगाई की अंगूठी

आभूषणों में उपयोग किए जाने वाले रत्न के रूप में, सिलिकॉन कार्बाइड को खनिज नाम के बाद "सिंथेटिक मोइसानाइट" या सिर्फ "मोइसानाइट" कहा जाता है। मोइसानाइट कई महत्वपूर्ण मामलों में हीरे के समान है: यह पारदर्शी और कठोर है (खनिज कठोरता के मोह पैमाने पर 9-9.5, हीरे के लिए 10 की तुलना में), जिसका अपवर्तनांक 2.65 और 2.69 के बीच है (हीरे के लिए 2.42 की तुलना में)। मोइसानाइट सामान्य क्यूबिक ज़िरकोनिया से कुछ अधिक कठोर है। हीरे के विपरीत, मोइसानाइट अत्यधिक द्वि-अपवर्तक (birefringent) हो सकता है। इस कारण से, द्वि-अपवर्तक प्रभावों को कम करने के लिए मोइसानाइट रत्नों को क्रिस्टल के ऑप्टिक अक्ष के साथ काटा जाता है। यह हल्का (घनत्व 3.21 g/cm3 बनाम 3.53 g/cm3) है, और हीरे की तुलना में गर्मी के प्रति अधिक प्रतिरोधी है। इसके परिणामस्वरूप उच्च चमक, तेज पहलू और अच्छी लचीलापन वाला पत्थर प्राप्त होता है। ढीले मोइसानाइट पत्थरों को सीधे मोम की अंगूठी के सांचों में लॉस्ट-वैक्स कास्टिंग के लिए रखा जा सकता है, जैसा कि हीरे के साथ किया जा सकता है,[83] क्योंकि मोइसानाइट 1800 C तक के तापमान से क्षतिग्रस्त नहीं होता है। मोइसानाइट हीरे के विकल्प के रूप में लोकप्रिय हो गया है, और इसे हीरे के रूप में गलत पहचाना जा सकता है, क्योंकि इसकी तापीय चालकता किसी भी अन्य विकल्प की तुलना में हीरे के करीब है। कई थर्मल डायमंड-परीक्षण उपकरण मोइसानाइट को हीरे से अलग नहीं कर सकते हैं, लेकिन रत्न अपने द्वि-अपवर्तन और पराबैंगनी प्रकाश के तहत बहुत हल्की हरी या पीली प्रतिदीप्ति (fluorescence) में अलग है। कुछ मोइसानाइट पत्थरों में घुमावदार, तार जैसे समावेशन भी होते हैं, जो हीरे में कभी नहीं होते हैं।[84]

इस्पात उत्पादन

इस्पात बनाने में उपयोग किया जाने वाला सिलिकॉन कार्बाइड का टुकड़ा

इस्पात बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली बेसिक ऑक्सीजन भट्टी में घुला हुआ सिलिकॉन कार्बाइड एक ईंधन के रूप में कार्य करता है। मुक्त होने वाली अतिरिक्त ऊर्जा भट्टी को गर्म धातु के समान चार्ज के साथ अधिक स्क्रैप को संसाधित करने की अनुमति देती है। इसका उपयोग टैप तापमान बढ़ाने और कार्बन और सिलिकॉन सामग्री को समायोजित करने के लिए भी किया जा सकता है। सिलिकॉन कार्बाइड फेरोसिलिकॉन और कार्बन के संयोजन से सस्ता है, स्वच्छ इस्पात का उत्पादन करता है और ट्रेस तत्वों के निम्न स्तर के कारण कम उत्सर्जन करता है, इसमें गैस की मात्रा कम होती है, और यह इस्पात का तापमान कम नहीं करता है।[85]

उत्प्रेरक समर्थन

सिलिकॉन कार्बाइड द्वारा प्रदर्शित ऑक्सीकरण के प्रति प्राकृतिक प्रतिरोध, साथ ही क्यूबिक β-SiC रूप को संश्लेषित करने के नए तरीकों की खोज, इसके बड़े सतह क्षेत्र के साथ, इसके विषम उत्प्रेरक समर्थन के रूप में उपयोग में महत्वपूर्ण रुचि पैदा की है। इस रूप को पहले ही हाइड्रोकार्बन, जैसे n-ब्यूटेन, के मैलिक एनहाइड्राइड में ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक समर्थन के रूप में नियोजित किया गया है।[86][87]

कार्बोरंडम प्रिंटमेकिंग

सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग कार्बोरंडम प्रिंटमेकिंग में किया जाता है - एक कोलाग्राफ प्रिंटमेकिंग तकनीक। कार्बोरंडम ग्रिट को एल्यूमीनियम प्लेट की सतह पर पेस्ट के रूप में लगाया जाता है। जब पेस्ट सूख जाता है, तो स्याही लगाई जाती है और इसकी दानेदार सतह में फंस जाती है, फिर प्लेट के खाली क्षेत्रों से पोंछ दी जाती है। स्याही वाली प्लेट को फिर इंटैग्लियो प्रिंटमेकिंग के लिए उपयोग की जाने वाली रोलिंग-बेड प्रेस में कागज पर छापा जाता है। परिणाम कागज में उभरे हुए पेंट किए गए निशानों का एक प्रिंट होता है।

कार्बोरंडम ग्रिट का उपयोग पत्थर की लिथोग्राफी में भी किया जाता है। इसके कणों का एकसमान आकार इसे पत्थर को "ग्रेन" (घिसकर खुरदरा) करने के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है, जिससे पिछली छवि हट जाती है। सैंडिंग के समान एक प्रक्रिया में, पत्थर पर मोटे कार्बोरंडम ग्रिट को लगाया जाता है और एक लेविगेटर (levigator) के साथ काम किया जाता है, जो आमतौर पर एक लंबवत शाफ्ट पर एक गोल प्लेट होती है। पत्थर के साफ होने तक धीरे-धीरे महीन से महीन ग्रिट का उपयोग किया जाता है। यह ग्रीस-संवेदनशील सतह बनाता है।[88]

ग्राफीन उत्पादन

सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग ग्राफीन के उत्पादन में किया जा सकता है क्योंकि इसके रासायनिक गुण SiC नैनोस्ट्रक्चर की सतह पर ग्राफीन के उत्पादन को बढ़ावा देते हैं।

जब इसके उत्पादन की बात आती है, तो सिलिकॉन का उपयोग मुख्य रूप से ग्राफीन उगाने के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में किया जाता है। लेकिन वास्तव में कई तरीके हैं जिनका उपयोग सिलिकॉन कार्बाइड पर ग्राफीन उगाने के लिए किया जा सकता है। कन्फाइनमेंट कंट्रोल्ड सब्लिमेशन (CCS) विकास विधि में एक SiC चिप होती है जिसे ग्रेफाइट के साथ वैक्यूम में गर्म किया जाता है। फिर ग्राफीन के विकास को नियंत्रित करने के लिए वैक्यूम को बहुत धीरे-धीरे छोड़ा जाता है। यह विधि उच्चतम गुणवत्ता वाली ग्राफीन परतें प्रदान करती है। लेकिन अन्य विधियों के बारे में भी यही उत्पाद देने की सूचना मिली है।

ग्राफीन उगाने का एक और तरीका वैक्यूम के भीतर उच्च तापमान पर SiC का तापीय अपघटन (thermally decomposing) करना है।[89] लेकिन, यह विधि ऐसी ग्राफीन परतें प्रदान करती है जिनमें परतों के भीतर छोटे दाने (grains) होते हैं।[90] इसलिए, ग्राफीन की गुणवत्ता और उपज में सुधार के प्रयास किए गए हैं। ऐसी ही एक विधि आर्गन युक्त वातावरण में सिलिकॉन टर्मिनेटेड SiC का एक्स सीटू (ex situ) ग्राफीनकरण (graphitization) करना है। यह विधि अन्य विधियों की तुलना में बड़े डोमेन आकार वाली ग्राफीन परतें प्रदान करने में सफल रही है। यह नई विधि कई तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए उच्च गुणवत्ता वाला ग्राफीन बनाने के लिए बहुत व्यवहार्य हो सकती है।

जब ग्राफीन उत्पादन के इन तरीकों का उपयोग कैसे या कब करना है, इसे समझने की बात आती है, तो उनमें से अधिकांश मुख्य रूप से विकास-सक्षम वातावरण के भीतर SiC पर ग्राफीन का उत्पादन या विकास करते हैं। SiC के तापीय गुणों के कारण इसका उपयोग अक्सर उच्च तापमान (जैसे 1,300 °C) पर किया जाता है।[91] हालाँकि, कुछ ऐसी प्रक्रियाएँ की गई हैं और उनका अध्ययन किया गया है जो संभावित रूप से ग्राफीन के निर्माण में मदद करने के लिए कम तापमान का उपयोग करने वाली विधियाँ प्रदान कर सकती हैं। अधिक विशेष रूप से, ग्राफीन विकास के इस अलग दृष्टिकोण को लगभग 750 °C के तापमान वातावरण में ग्राफीन का उत्पादन करते देखा गया है। इस विधि में रासायनिक वाष्प जमाव (CVD) और सतह पृथक्करण जैसी कुछ विधियों का संयोजन शामिल है। जब सब्सट्रेट की बात आती है, तो प्रक्रिया में SiC सब्सट्रेट को संक्रमण धातु (transition metal) की पतली फिल्मों के साथ कोटिंग करना शामिल होगा। इस पदार्थ के तेजी से ताप उपचार के बाद, कार्बन परमाणु संक्रमण धातु फिल्म की सतह इंटरफ़ेस पर अधिक प्रचुर मात्रा में हो जाएंगे, जिससे ग्राफीन प्राप्त होगा। यह प्रक्रिया ऐसी ग्राफीन परतें प्रदान करती है जो सब्सट्रेट सतह पर अधिक निरंतर (continuous) होती हैं।[92]

क्वांटम भौतिकी

सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टल जाली में बिंदु दोषों (point defects) को होस्ट कर सकता है, जिन्हें सिलिकॉन कार्बाइड कलर सेंटर्स (color centers) के रूप में जाना जाता है। ये दोष मांग पर एकल फोटॉन उत्पन्न कर सकते हैं और इस प्रकार एकल-फोटॉन स्रोत (single-photon source) के लिए एक मंच के रूप में कार्य कर सकते हैं।[93] ऐसा उपकरण क्वांटम सूचना विज्ञान के कई उभरते अनुप्रयोगों के लिए एक मौलिक संसाधन है। यदि कोई बाहरी ऑप्टिकल स्रोत या विद्युत प्रवाह के माध्यम से कलर सेंटर को पंप करता है, तो कलर सेंटर उत्तेजित अवस्था में आ जाएगा और फिर एक फोटॉन के उत्सर्जन के साथ रिलैक्स हो जाएगा।[94][95]

सिलिकॉन कार्बाइड में एक प्रसिद्ध बिंदु दोष 'डिवैकेंसी' (divacancy) है, जिसकी इलेक्ट्रॉनिक संरचना हीरे में नाइट्रोजन-वैकेंसी सेंटर के समान होती है। 4H-SiC में, डिवैकेंसी के चार अलग-अलग विन्यास होते हैं जो चार जीरो-फोनोन लाइनों (ZPL) के अनुरूप होते हैं। इन ZPL मानों को VSi-VC संकेतन और eV इकाई का उपयोग करके लिखा जाता है: hh(1.095), kk(1.096), kh(1.119), और hk(1.150)।[96]

फिशिंग रॉड गाइड

सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग फिशिंग गाइड के निर्माण में इसकी स्थायित्व और घिसाव प्रतिरोध के कारण किया जाता है।[97] सिलिकॉन कार्बाइड के छल्ले एक गाइड फ्रेम में फिट किए जाते हैं, जो आमतौर पर स्टेनलेस स्टील या टाइटेनियम से बने होते हैं, जो लाइन को रॉड ब्लैंक को छूने से रोकते हैं। छल्ले एक कम घर्षण वाली सतह प्रदान करते हैं जो कास्टिंग दूरी में सुधार करती है, साथ ही पर्याप्त कठोरता प्रदान करती है जो ब्रेडेड फिशिंग लाइन से घर्षण को रोकती है।[98]

पॉटरी ग्लेज

सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग सिरेमिक पर लगाए जाने वाले कुछ सिरेमिक ग्लेज में कच्चे घटक के रूप में किया जाता है। उच्च तापमान पर यह धातु ऑक्साइड को कम करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड (सिलिका) और कार्बन डाइऑक्साइड बना सकता है। इसका उपयोग विकसित कार्बन डाइऑक्साइड गैस के कारण ग्लेज को फोम और क्रेटर बनाने के लिए, या रंगीन ऑक्साइड को कम करने और तांबे के लाल रंग जैसे रंग प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है, जो अन्यथा केवल इलेक्ट्रिक भट्टी में ईंधन-संचालित रिड्यूसिंग एटमॉस्फियर (अपचयन फायरिंग) में ही संभव होते हैं।[99]

इन्हें भी देखें

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बाहरी कड़ियाँ

Carborundum

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Silicon carbide" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_carbide यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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