Silizikumkarbid

Siliziumkarbid, chemisch SiC, ist eine Verbindung aus Silizium- und Kohlenstoffatomen. In der Natur kommt SiC selten als Mineral Moissanit vor, wird aber industriell in großem Maßstab hergestellt und verwendet. Eine gelegentliche alternative Bezeichnung lautet Silizikumkarbid; der geläufige deutsche Begriff ist Siliziumkarbid.

Eigenschaften und Struktur

SiC besitzt eine außerordentliche Härte und gehört zu den abrasiven Werkstoffen erster Güte. Die Mohs-Härte liegt bei etwa 9, die Schmelztemperatur wird mit rund 2700 °C angegeben. SiC weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf und bleibt chemisch stabil in vielen aggressive Umgebungen. Der elektrische Bandabstand variiert je nach Polytyp und liegt grob bei 2,3 bis 3,3 eV, was SiC zu einem breiten-Bandgap-Wleitenmaterial macht. Es gibt mehrere Polytypes, darunter kubisches 3C-SiC sowie hexagonale Varianten wie 4H-SiC und 6H-SiC, die unterschiedliche elektronische Eigenschaften aufweisen.

Herstellung und Verarbeitung

Industriell wird SiC hauptsächlich im Acheson-Verfahren hergestellt, bei dem Quarz und Kohlenstoff unter hohem Temperatur- und Druckbedingungen in einem elektrischen Lichtbogenofen carburisiert werden. Weiterhin erfolgt die Abscheidung von SiC in Form von Dünnschichtmaterialien durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder physikalische Verfahren. SiC-Körnungen sind aufgrund ihrer Härte als Schleifmittel weit verbreitet und finden Anwendung in Schleifscheiben, Schleifmitteln und Bearbeitungswerkzeugen.

Anwendungen

SiC dient als Abrieb- und Schleifmaterial, verschleißfeste Bauteile und Mantelmaterialien. In der Elektronik wird es für Hochspannungs-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzbauelemente eingesetzt, darunter Diode- und MOSFET-Baugruppen sowie als Substratmaterial für Epitaxie-Schichten (z. B. für GaN-LEDs). Durch das breite Bandgap eignen sich SiC-Komponenten für anspruchsvolle Umweltbedingungen.

Sicherheit und Umwelt

SiC-Stäube können Reizungen verursachen; beim Umgang mit feinen Fraktionen ist geeigneter Staubschutz erforderlich. Allgemein gelten gute Stabilität und geringe Reaktivität gegenüber vielen Chemikalien, jedoch sind entsprechende Schutzmaßnahmen bei der Herstellung und Verarbeitung sinnvoll.