Weglik krzemu SiC

Weglik krzemu krystalizuje w strukturze blendy cynkowej, rys. 1.2a, (nazywanej tez: ``typ $\alpha$'', ``struktura wurcytu'') oraz w wielu jej politypowych modyfikacjach. Najczesciej spotykana jest odmiana politypowa 6H (6-cio warstwowa komórka elementarna o symetrii heksagonalnej), zwana $\alpha$ - SiC, która powstaje podczas goracej syntezy SiC z pierwiastków. W warunkach wysokiego cisnienia i temperatury SiC krystalizuje w postaci $\beta$ - SiC, struktury typu sfalerytu (rys. 1.2b,c). Jest to struktura 3C o symetrii regularnej (znana tez jako: ``kubiczna'', ``struktura sfalerytu''). Znany jest równiez cay szereg politypowych struktur SiC, np. 4H, 6H, 8H, 10H, 15R, 21R, 54R, 594R [18]. Weglik krzemu wyjatkowo krystalizuje takze w strukturze 2H, czyli wurcytu. Nanokrysztay 2H weglika krzemu zostay znalezione w meteorycie Murchisona [19].

Mikrometrowe polikrysztay SiC (rys. 1.7) otrzymuje sie najczesciej na drodze bezposredniej syntezy z pierwiastków (tzw. metoda SHS). Reakcja chemiczna mieszaniny rozdrobnionego wegla i krzemu:

Si + C $$\rightarrow$$ SiC

przebiega w cisnieniu atmosferycznym, jest silnie egzotermiczna i niekontrolowana (tj. przebiega gwatownie az do przereagowania wszystkich substratów) - stad brak mozliwosci kontroli rozmiaru otrzymywanych krystalitów.

Weglik krzemu mozna otrzymac tez w reakcji metanu z silanem ( CH₄ + SiH₄ $\rightarrow$ SiC + 4H₂ $\uparrow$). Pomien metanu w atmosferze silanu wytwarza duze ilosci ciepa, gazowy wodór oraz nanokrystaliczny SiC o duzej czystosci (ponizej 0.1% wolnego wegla i krzemu). Ta metoda zostay zsyntetyzowane próbki o symbolach k1, k2, k3 (rys. 1.8), k6 i k8 [20].

Figure 1.3: Gabczasta mikrostruktura nanokrystalicznego SiC otrzymanego metoda rozkadu zwiazków krzemoorganicznych i wygrzewania sieci ACC.

Kolejna technika polega na pirolizie zwiazków krzemoorganicznych w kontrolowanych temperaturach. W temperaturze okoo 800C nastepuje rozkad organicznego polimeru i utworzenie sieci nieorganicznych moleku, tzw. amorficznej ceramiki kowalentnej (ACC, amorphous covalent ceramics), fazy podobnej do szka. Nastepnie przez wygrzewanie ACC w temperaturach od 900 do 1500C prowadzi sie do kontrolowanego rozrostu ziaren SiC. Dobranie odpowiednich temperatur i czasów wygrzewania pozwala na otrzymanie nanokrysztaów o pozadanych rozmiarach (rys. 1.3). Materia jest bardziej zanieczyszczony niz ten otrzymywany z pomienia, ale dzieki precyzyjnie kontrolowanym warunkom wzrostu ziarna maja mniejszy rozrzut wielkosci. Ta metoda otrzymano próbki o symbolach 157k (rys. 1.3), ew3k i h1k [21].