Карбору́нд (карби́д кре́мния) — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом, обладающее высокой твёрдостью. Химическая формула SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала — муассанита. Искуственно порошок карбида кремния был получен в 1893 году. Используется как абразив, полупроводник, в микроэлектронике (в силовых установках электроавтомобилей), а также для имитирующих алмаз вставок в ювелирные украшения.
Карбору́нд — это торговое, техническое и речевое название карбида кремния. В чистом виде представляет собой бесцветные кристаллы с алмазным блеском, технический продукт — зелёный (98-99% SiC) или чёрный (98% SiC).
Если накаливать в электрической печи смесь песка и кокса, взятых в определённом соотношении, то получается соединение кремния с углеродом — карбид кремния SiC, называемый карборундом.[5]:493
...карборунд, к примеру, лишь немного уступает алмазу. Его твёрдость по шкале Мооса равна 9,5 — 9,75 (алмаза ― 10). Но карборунд намного дешевле алмаза.[6]
...дантист сказал, что он запломбировал им зубы цементом особого состава: в нем была незначительная примесь карборунда. <...> Кристаллы карборунда ― типичного полупроводника ― принимали коротковолновые радиопередачи.[8]
Лосев искал и действительно нашел характерное свечение, возникавшее при пропускании тока через детектор. Но для этого ему пришлось просмотреть разные кристаллы, и только в детекторах из карборунда (SiC) наблюдалось интенсивное зеленоватое свечение...[9]
— Елена Остроумова, «О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники», 2001
Исследуя свечение кристаллических детекторов, изготовленных из карбида кремния, О. В. Лосев установил, что свечение является холодным, не связано с нагреванием кристалла или металлического электрода, как тогда считалось...[9]
— Елена Остроумова, «О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники», 2001
...свечение карборунда в Америке получило название «Losev light».[9]
— Елена Остроумова, «О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники», 2001
Карборунд в научной и научно-популярной литературе
...на гайку клеммы надевается маленькая ручка для настройки. На другую ножку навинчивается чашечка с кристаллом. Кристалл лучше раздробить, чтобы площадь чашечки вся была заполнена осколками кристалла. Кристалл можно впаивать оловом; карборунд не боится высокой температуры. <...> В гайку второй штепсельной ножки впаивается карборундовый кристалл. При повороте ручки регулирующий винт нажимает на пружинку, которая в свою очередь нажимает на кристалл. Этим достигается плавный нажим. Сделав какую-нибудь из этих конструкций детектора, мы можем ее испытывать в схеме обыкновенного детекторного приемника; но один карборунд без напряжения дает не лучшие результаты, чем обыкновенный гален.[10]
Не раз случалось, что вещество вначале получали в лаборатории, а затем, руководствуясь найденными приметами, его искали и находили в земных недрах. К тому времени, когда в природе был обнаружен редчайший минерал, названный муассанитом (в честь выдающегося французского химика А. Муассана), это вещество, широко известное как абразивный материал карборунд (SiC), уже вырабатывалось на заводах.[11]
И напоследок немного о карбидах. Обычно, когда говорят «карбид», имеют в виду карбид кальция ― источник ацетилена, а следовательно, многочисленных продуктов органического синтеза. Но карбид кальция, хотя и самое известное, но далеко не единственное очень важное и нужное вещество этой группы. Карбид бора B4C ― важный материал атомной техники, карбид кремния SiC, или карборунд, ― важнейший абразивный материал. Карбидам многих элементов свойственны высокая химическая стойкость и исключительная твердость; карборунд, к примеру, лишь немного уступает алмазу. Его твердость по шкале Мооса равна 9,5 — 9,75 (алмаза ― 10). Но карборунд намного дешевле алмаза.[6]
Журнал «Disign Engineering» сообщает, что американским химикам удалось создать монокристаллические волокна карбида кремния фантастической прочности: при растяжении они выдерживают нагрузку около 200 000 килограммов на квадратный сантиметр. Эти волокна, длиной от 30 до 1000 микрон и диаметром 1-5 микрона, применяются для упрочнения пластмасс, керамики и металлов.[12]
Американская фирма «Карборундум» применила усовершенствованный способ изготовления карбида кремния повышенной твёрдости. Высокотемпературный обжиг ведется в индукционных печах, и под действием токов высокой частоты материал увеличивает твёрдость и плотность. Теплопроводность такого карборунда в 2,5 раза выше, чем легированных сталей при температуре 620-870°, а в окислительной атмосфере материал сохраняет прочность при нагреве до 1650°. Предназначен такой карборунд для изготовления сопел ракетных двигателей.[12]
В Англии получены волокна карбида кремния прочностью порядка 70 000 кг/см2. Толщина волокон 1,5-2,0 мм, прочность сохраняется до 1200° C. Эти волокна при 1200° C в 100 раз прочнее металлических сплавов и при этом втрое легче стали. Такие свойства делают их перспективным материалом при создании газовых турбин, ракет, ядерных реакторов и других энергетических установок, работающих при высоких давлениях и температурах. Сверхпрочностью тончайших волокон из металлов и неорганических материалов ― так называемых усов, или вискерсов ― современного инженера не удивишь. Но волокна, полученные в Лидском университете, это уже не «усы». Здесь толщина волокна измеряется миллиметрами, а не микронами.[13]
В Соединенных Штатах Америки в 60-х годах произошёл забавный и вместе с тем загадочный случай. Два человека обошли почти всех врачей своего города с жалобой на странный недуг. Время от времени им слышались голоса людей, которые советовали им покупать то холодильники, то мыло. А потом звучали, по их выражению, «хоры ангелов». Врачи были в недоумении: никаких психических расстройств у пациентов не обнаруживалось. Больных исследовали буквально по косточкам ― и опять ничего. А между тем они продолжали утверждать, что их уши отчетливо слышат голоса. Наконец, доктор Генри Пухарик обратил внимание на то, что и тот и другой пациенты недавно лечили зубы у одного и того же врача. Обратились к нему, и дантист сказал, что он запломбировал им зубы цементом особого состава: в нем была незначительная примесь карборунда. Мало-помалу всё объяснилось. Кристаллы карборунда ― типичного полупроводника ― принимали коротковолновые радиопередачи. Не совсем еще понятно, правда, каким образом высокочастотные колебания радиоволн превращались в пломбе в звуковые.[8]
В качестве одной из возможных причин возникновения падающей вольтамперной характеристики цинкитного детектора О. В. Лосев рассматривал возможность появления микроскопических электрических разрядов на границе металлического острия и кристалла. Лосев искал и действительно нашел характерное свечение, возникавшее при пропускании тока через детектор. Но для этого ему пришлось просмотреть разные кристаллы, и только в детекторах из карборунда (SiC) наблюдалось интенсивное зеленоватое свечение, однако в нём не удалось получить генерацию электрических колебаний. Цинкитный детектор либо не светился совсем, либо показывал очень слабое свечение. И здесь начинается самая блестящая страница его открытий. Исследуя свечение кристаллических детекторов, изготовленных из карбида кремния, О. В. Лосев установил, что свечение является холодным, не связано с нагреванием кристалла или металлического электрода, как тогда считалось; свечение происходит внутри кристалла, а не на его поверхности и хаpaктер свечения сильно зависит от полярности приложенного напряжения...[9]
— Елена Остроумова, «О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники», 2001
Приведенное описание позволяет отождествить свечение I с тем, что теперь называется предпробойным свечением, а свечение II – с инжекционной люминесценцией полупроводника. Лосев обнаружил, что свечение II возникает лишь в кристаллах, имеющих на поверхности зелёного карборунда слои серого цвета, причем свечение локализуется вблизи границы этих слоев. Впоследствии, проводя измерения с помощью микротермозонда, он определил, что серый карборунд имеет проводимость дырочного типа, а зелёный — электронного. Таким образом, созданное им устройство было первым полупроводниковым светодиодом.[9]
— Елена Остроумова, «О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники», 2001
Спустя почти 20 лет явление возникновения свечения при протекании тока в кристаллах вновь было «открыто» в Америке, но не в карборунде, а в некоторых кристаллофосфорах известным французским учёным Дестрио (G. Destriau), который назвал это явление «электролюминесценцией». Дестрио, однако, с самого начала отметил приоритет Лосева, и свечение карборунда в Америке получило название «Losev light». В процессе исследования природы свечения карборундового детектора О. В. Лосев сделал еще два весьма важных наблюдения. Так, он обнаружил свечение и выпрямление на границе электролита с некоторыми полупроводниками. В другом случае он был чрезвычайно близок к открытию транзистора.
Исследуя изменение сопротивления активного слоя карборундового детектора при приложении напряжения в прямом направлении («при возбуждении свечения II»), он обнаружил, что при пропускании тока между острием и кристаллом изменяется сопротивление между двумя другими остриями, расположенными поблизости от первого острия. Как известно, транзисторное действие состоит в том, что изменение сопротивления, вызванное пропусканием тока через пару контактов, приводит к изменению сопротивления между другой парой контактов. Однако сущность транзисторного действия состоит в усилении сигнала, но в опытах Лосева усиление не было получено. Карбид кремния был наименее подходящим материалом для таких целей. При более удачном выборе материала (галенит, германий, кремний) в той геометрии образца получение транзисторного усиления могло быть возможным.[9]
— Елена Остроумова, «О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники», 2001
Приехал начальник Илинтасского разведрайона Березняк. Положение на Илинтасе очень мрачное, и с 23 января горные работы на месторождении не ведутся, т. к. нет карборунда, да и очень многого вообще нет.[4]
«Оптические свойства карбида кремния» ― это про то, как карбид в чернильницы бросают и как от этого щиплет глаза? Пусть только Лешка <Лена Бурас> посмеет сказать, что я не угадал![7]
Учёный затаив дыхание пытался рассмотреть это, подставляя диск свету под разными углами. И вдруг сквозь мутную пелену, наложенную временем на прозрачное вещество кружка, Шатрову почудились глаза, взглянувшие ему прямо в лицо. Сдавленно крикнув, профессор уронил тяжёлый диск, и он с грохотом упал на стол. Давыдов подскочил, как подброшенный пружиной. Но Шатров не обратил внимания на гнев друга. Он уже понял, и догадка заставила прерваться его дыхание.
― Илья Андреевич, ― закричал Шатров, ― есть у вас что-нибудь для полировки ― мелкий карборунд или, лучше, крокус? И замша.
― Конечно, есть и то и другое. Но что это с вами стряслось, чёрт и трижды черт?
― Дайте мне скорее, Илья Андреевич! Не раскаетесь! Где это у вас?[3]
Пётр Николаевич. Смотри поменьше по сторонам, а больше наблюдай движенье железных центров и сгущенье смертельных сил. Папаша. Хвала железу ― карборунду. Оно скрепляет мостовые и, электричеством сияя, терзает до смерти врага. Хвала железу! Песнь битве![2]
Карборунд ― гремящий клад
Огром, колесо на крышах Зубом раздавит рессору над нами,
Осколки на пальцы нанизывает! <...>
Все выпивает он ГЛУШИТЕЛЬ Марборунд!..[1]
— Алексей Елисеевич Кручёных, «Реквием» (№1 из цикла «Голод химический», баллады о камне Карборунде), 1922
Карборунд ― алмазный клац Солью брызжет на точиле
Крепче кремня жаркий сплав
В магнетическом горниле!.. <...> Перед гибелью металлы Как пророки В лихорадке На ребре прочтут насечку
S i C ― (си и цэ) Твой родословный
Гордый знак!…[1]
— Алексей Елисеевич Кручёных, «Плясовая» (№2 из цикла «Голод химический», баллады о камне Карборунде), 1922
↑ 123А.Е.Кручёных. Стихотворения. Поэмы. Роман. Опера. Новая библиотека поэта (малая серия). — СПб.: Академический проект, 2001 г.
↑ 12Д. Хармс. Полное собрание сочинений. Том 2. Проза и сценки. Драматические произведения. — СПб, 1997 г.
↑ 12Иван Ефремов, Собрание сочинений: В пяти томах. Том 5. Книга 1. — М.: Молодая гвардия, 1989 г.
↑ 12Вронский Б. И. По таёжным тропам: Записки геолога. — Магадан: Кн. изд-во, 1960 г.
↑Н. Л. Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов (под. редакцией В.А.Рабиновича, издание 16-е, исправленное и дополненное). ― Ленинград: Химия, 1973 г. ― 720 стр.
↑ 12В. В. Станцо. Углерод. — М.: «Химия и жизнь», № 10, 1969 г.
↑ 12Юлий Даниэль. «Я всё сбиваюсь на литературу…», Письма из заключения. Стихи. Общество «Мемориал». Издательство «Звенья». Москва, 2000 г.
↑ 12С. И. Рязанцев. «В мире запахов и звуков». (Занимательная оториноларингология). — М.: Терра, 1997 г.
↑ 123456Е. В. Остроумова. О. В. Лосев — пионер полупроводниковой электроники. — М.: Окно в микромир, №2, 2001 г.
↑В. Немцов. Карборундовый детектор. — М.: «Радио Всем», № 2, 1928 г.
↑Д. Н. Финкельштейн, «Искусственные минералы». ― М.: «Химия и жизнь», №11, 1966 г.
↑ 12Борис Горзев. Новости отовсюду (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 6-8, 1965 год
↑Борис Горзев. Новости отовсюду (редакционная колонка). — М.: «Химия и жизнь», № 3, 1968 год
↑Шпанов Н. Ученик чародея. — М.: Воениздат, 1956 г.
↑С. Кирсанов, Стихотворения и поэмы. Новая библиотека поэта. Большая серия. — СПб.: Академический проект, 2006 г.
.svg){kind=logo}
