כאשר משתמשים בו כחומר שוחק, חוזק החלקיקים שלסיליקון קרביד שחורהוא גורם חשוב המשפיע הן על ביצועי הטחינה והן על חיי השירות. הגבישים שלו נוצרים ומתקבצים בתנאי טמפרטורה- גבוהים, ובסופו של דבר מתפתחים למבנה מחוטא. בהתאם ליישום, ניתן לעבד סיליקון קרביד שחור למוצרים שונים בעלי תכונות מכניות מתאימות וחיי שירות ארוכים.
דרישות חוזק של סיליקון קרביד שחור
ניתן להעריך את החוזק של סיליקון קרביד שחור תחת עומס סטטי באמצעות מבחן ריסוק. דגימה של 5 גרם מונחת על פני השטח של צלחת גלילית ומעליה מניחים צלחת גלילית נוספת. לאחר מכן מופעל לחץ של 30 ק"ג/סמ"ר כדי לרסק חלק מהסיליקון קרביד השחור. החומר הכתוש מסונן החוצה, ומחושב היחס בין משקל החלקיקים הלא מרוסקים הנותרים למשקל הדגימה המקורית. יחס גבוה יותר מצביע על חוזק חלקיקים גדול יותר, בעוד שיחס נמוך מצביע על חומר חלש יותר.
החוזק של חומר שוחק מתייחס למידת האיתנות של חלקיקי הסיליקון קרביד השחורים הנפרדים. מבחינה מעשית, זוהי יכולתו של גרגר שוחק לעמוד בלחץ חיצוני מבלי להישבר בעוד קצוות החיתוך שלו עדיין חדים יחסית. הניסיון מלמד שחומרי שוחקים בעלי חוזק נמוך- נשברים מהר יותר, וכתוצאה מכך ביצועי חיתוך מופחתים וחיי שירות קצרים יותר.
חוזק החלקיקים משפיע ישירות על כמה גרגרים יכולים לשמור על קצוות החיתוך היעילים שלהם וכמה זמן הם יכולים להמשיך לעבוד ביעילות. מסיבה זו, חוזק נחשב לאחד המאפיינים הבסיסיים של חומרים שוחקים.
התגבשות של סיליקון קרביד שחור
סיליקון קרביד שחור מורכב בעיקר מהפוליטייפ 4H. במבנה הגבישי שלו, אטומי סיליקון מוקפים באטומי פחמן, ויוצרים סיליקון-טטרהדרת פחמן. תאי היחידה של פולי טיפוסים שונים של סיליקון קרביד בנויים מאותו מבנה טטרהדרלי של סיליקון-בסיסי. הבדלים במספר השכבות האטומיות ובמיקומי הערימה היחסיים שלהן בתוך תא היחידה מביאים לפוליטיפים שונים של סיליקון קרביד.
כאשר קיים עודף סיליקון, היכולת שלו לתרום אלקטרונים עלולה לגרום לסיליקון קרביד שחור להציג מאפיינים של מוליכים למחצה מסוג n-. לסיליקון קרביד מסוג N- יש התנגדות גבוהה יחסית ומקדם התנגדות טמפרטורה גדול. ככל שריכוז הדו-חומרים במוליך למחצה מסוג n- עולה, ההתנגדות שלו יורדת, בעוד שהלינאריות שלו הופכת ירודה יותר.
בין הפוליטיפוסים השונים של סיליקון קרביד, ההתנגדות החשמלית עולה ככל ששיעור הפוליטייפ 6H עולה.
