Compuesto de carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto cristalino sintético extremadamente duro de silicio y carbono que se produce comercialmente desde finales del siglo XIX como abrasivo industrial y que ahora encuentra una amplia aplicación como material cerámico de aplicación de alto rendimiento.

La moissanita se encuentra en la naturaleza en cantidades muy limitadas como mineral y puede extraerse o sintetizarse por diversas vías. Tiene una intrincada estructura cristalina formada por diferentes politípos que le confieren propiedades únicas.

Dureza

El carburo de silicio (SiC) es un material extremadamente duro compuesto de silicio y carbono, conocido como SiC para abreviar. Debido a su dureza, el SiC se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones industriales como abrasivos, aditivos para acero y muelas abrasivas. Además, su inercia química y su resistencia a altas temperaturas lo hacen esencial en entornos con choques térmicos, corrosión y tensiones mecánicas.

El SiC supuso un importante paso adelante para los materiales sintéticos, ya que ofrecía más resistencia a la abrasión y durabilidad que los materiales sintéticos disponibles hasta entonces. Su dureza puede atribuirse a su estructura única: cuatro átomos de carbono unidos covalentemente mediante enlaces covalentes. Esta estructura cristalina confiere al SiC su estabilidad a altas temperaturas, su inercia química y su capacidad para soportar presiones mecánicas.

La ebonita es uno de los compuestos más duros de la Tierra y ostenta un índice de dureza Mohs de 13, lo que la sitúa sólo por detrás del diamante y el carburo de boro en términos de dureza. Debido a esta combinación de dureza e integridad estructural, la ebonita se utiliza en procesos industriales como el amolado, el corte por chorro de agua y el chorro de arena; además de en revestimientos protectores y herramientas de corte.

El carburo de silicio es un material ligero excepcional, ideal para proteger los equipos contra el desgaste y prolongar su vida útil. Además, su excelente ductilidad le permite formar cerámicas resistentes, una característica atractiva cuando se trata de cierres mecánicos y cojinetes que funcionan en condiciones exigentes como las que se dan en bombas y sistemas de accionamiento.

El carburo de silicona tiene numerosos usos industriales, desde la impresión 3D y la balística hasta la fabricación de papel y los componentes de sistemas de tuberías. Además, el carburo de silicona es una opción atractiva para componentes de instalaciones de producción química y tecnologías energéticas, y como parte de componentes de sistemas de tuberías.

Las cerámicas de carburo de silicio son especialmente adecuadas para las duras condiciones de los entornos industriales, ya que soportan temperaturas extremas y son resistentes a los ataques químicos. Su resistencia hace del carburo de silicio un material convincente y versátil adecuado para diversas aplicaciones industriales y tecnológicas, sobre todo porque su fabricación en diferentes formas y tamaños le permite cumplir múltiples especificaciones en una amplia gama de tareas exigentes.

Conductividad térmica

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto extremadamente duro de carbono y silicio con una dureza Mohs de 13. Esta dureza excepcional hace del carburo de silicio un material ideal para herramientas de corte, rectificado abrasivo y otros procesos de mecanizado como el bruñido, el corte por chorro de agua y el chorro de arena. Debido a su durabilidad, resistencia a la corrosión, alto punto de fusión y resistencia en aplicaciones de ingeniería extremas como cojinetes de bombas, válvulas, revestimientos refractarios y elementos calefactores; el carburo de silicio puede incluso utilizarse en la electrónica de semiconductores.

El estadounidense Edward G. Acheson descubrió el carborundo durante un experimento para producir diamantes artificiales en 1891. Al calentar a altas temperaturas una mezcla de arcilla y coque en polvo en un recipiente de hierro, se formaron sobre electrodos de carbono cristales verdes brillantes de una dureza similar a la del diamante.

La excepcional dureza, resistencia y durabilidad de este extraordinario compuesto lo convierten en un componente esencial de los blindajes antibalas. Esta aplicación aprovecha la capacidad del compuesto para formar bloques cerámicos resistentes que dificultan la penetración de las balas.

El carburo de silicio es un conductor térmico excepcional con una conductividad térmica de 120 W/m*K y un bajo coeficiente de expansión térmica, dos propiedades importantes para mantener la integridad estructural en condiciones extremas. Además, las propiedades semiconductoras de banda prohibida ancha del carburo de silicio ofrecen un rendimiento excepcional en dispositivos electrónicos; con una movilidad de electrones inferior a la del silicio pero niveles de energía superiores que pueden estimularse fácilmente mediante corrientes eléctricas o campos electromagnéticos para la creación de dispositivos que amplifiquen, conmuten o conviertan señales eléctricas.

La estructura atómica única del carburo de silicio permite doparlo con diversas impurezas, que crean diferentes dopantes en función de su uso; dopantes como el boro y el aluminio pueden convertirlo en un semiconductor de tipo p, mientras que los dopantes de nitrógeno y fósforo dan lugar a un semiconductor de tipo n. Debido a estas diferencias de disposición entre los dopantes, existen politípos de carburo de silicio que presentan secuencias de apilamiento únicas que dan lugar a diferentes propiedades físicas para diversos dispositivos electrónicos, como los diodos Schottky (rectificadores), los MOSFET y los FET (transistores); el carburo de silicio tiene numerosos usos más allá de la electrónica, como catalizadores componentes de reactores nucleares y componentes de láser óptico.

Conductividad eléctrica

El carburo de silicio es un material semiconductor con un bandgap expansivo, que se refiere a la energía necesaria para desplazar electrones de su banda de valencia a su banda de conducción. Una menor resistencia eléctrica es el resultado de un bandgap más ancho, mientras que uno más estrecho aumenta las propiedades aislantes de los materiales. La amplia banda prohibida del carburo de silicio es tres veces mayor que la del silicio y le permite manejar voltajes más altos que otros semiconductores, al tiempo que reduce el tamaño y el peso de los sistemas de gestión de baterías para aumentar las distancias de conducción de los vehículos eléctricos con menores requisitos de tamaño y peso para los sistemas de gestión de baterías.

El carburo de silicio en estado puro es un polvo negro grisáceo con una dureza que rivaliza con la del diamante, transparente y de forma cristalina quebradiza, dopado con nitrógeno o fósforo para producir un semiconductor de tipo n, mientras que el aluminio, el boro y el galio pueden añadirse para obtener propiedades de semiconductor de tipo p; el dopaje controlado también permite efectos de superconductividad.

El carburo de silicio poroso (SiC) tiene muchas aplicaciones funcionales, como adsorbentes y soportes para convertidores catalíticos, fotocatalizadores y materiales fotocatalíticos. Los investigadores están estudiando su uso como catalizador en la generación de hidrógeno; el desarrollo de adsorbentes a base de SiC química y térmicamente estables con una elevada superficie y resistividades eléctricas controladas es otro tema de investigación que merece la pena explorar.

Múltiples factores afectan a la resistividad eléctrica del SiC poroso, incluidos los niveles de dopaje, la estructura de los poros y las condiciones de sinterización. Un estudio determinó que el aumento de la temperatura de sinterización al tiempo que se añadían nitruros metálicos aumentaba el volumen de la fase conductora al tiempo que disminuía la resistividad eléctrica del SiC poroso.

Las estimaciones indican que la conductividad eléctrica del carburo de silicio hexagonal de tipo n es de 1 x 10-3 Ohm-cm-1 a temperatura ambiente, muy superior a la de aislantes típicos como el vidrio o el caucho. Esta elevada conductividad se debe probablemente a su bajo estado energético, que permite a los electrones pasar más fácilmente de su banda de valencia a la banda de conducción a temperaturas más elevadas, aumentando así la conductividad intrínseca, aunque sigue siendo inferior a la observada en semiconductores tradicionales como el silicio.

Propiedades abrasivas

Las propiedades abrasivas del carburo de silicio lo convierten en un componente integral de muchos procesos industriales, desde muelas abrasivas y productos de papel/tela hasta aplicaciones de alta temperatura. Con una dureza Mohs 9, el material de carburo de silicio tiene una dureza Mohs extremadamente alta, similar a la del diamante. Además, debido a sus características de durabilidad y resistencia a la oxidación, el carburo de silicio es ideal para entornos de altas temperaturas, así como para su uso en muelas y herramientas de rectificado similares.

El carburo de silicio, también conocido como carburundum (), es un compuesto químico inorgánico formado por silicio y carbono. De origen natural, la moissanita es un mineral extremadamente raro que se descubrió por primera vez en 1893 tras hallarse en el interior de un meteorito del cráter del Cañón Diablo, en Arizona. El inventor estadounidense Edward G. Acheson dio con ella por accidente mientras creaba diamantes artificiales utilizando sílice reducida con carbono en un horno eléctrico, acuñando esta sustancia como "carborundo". Creó un proceso de producción que se sigue utilizando hoy en día.

El carburo de silicio negro es un abrasivo extremadamente fuerte, utilizado a menudo en el corte de metales, cerámica, vidrio y otras sustancias refractarias como las piedras lapidarias. El carburo de silicio negro también es una herramienta eficaz en la lapidaria moderna por su durabilidad y rentabilidad; en particular, sus propiedades abrasivas se prestan perfectamente al esmerilado de materiales con dimensiones precisas para obtener resultados exactos.

El carburo de silicio puede describirse como un cristal inorgánico compuesto por cristales muy juntos que contienen dos tetraedros de coordinación primaria de cuatro átomos de carbono y cuatro de silicio unidos covalentemente, creando estructuras polares. En estado puro, este material es insoluble y poco reactivo a la mayoría de los ácidos, álcalis y sales, excepto el ácido fluorhídrico y el ácido sulfúrico, que reaccionan con su estructura y provocan corrosión o erosión.

La excelente conductividad térmica del carburo de silicio, su baja dilatación térmica y su resistencia a la oxidación lo convierten en una materia prima inestimable en la fabricación de ladrillos refractarios, especialmente los diseñados para cumplir especificaciones de resistencia a altas temperaturas. Las aplicaciones cerámicas de este material también utilizan el carburo de silicio como componente integral; su material clave es la desoxidación del hierro fundido o la siderurgia, así como el uso de sus propiedades abrasivas en la desoxidación del hierro fundido y las aplicaciones siderúrgicas, como la desoxidación de las piezas fundidas de hierro fundido para aplicaciones siderúrgicas y la producción de alúmina para la producción de cerámica, que desempeña un papel vital en la producción de cerámica y vidrio; estas características hacen que el carburo de silicio sea indispensable como componente integral para su uso en todas las industrias, mientras que su versatilidad de uso entre los procesos de fabricación hace que su uso sea indispensable cuando se trata de aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro fundido o la siderurgia mientras que su uso hace que su uso sea indispensable cuando se trata de aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro fundido o la siderurgia mientras que sus propiedades abrasivas hacen que su uso sea indispensable cuando se trata de aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro fundido o la siderurgia mientras que sus propiedades abrasivas hacen que su uso sea indispensable cuando se trata de aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro fundido o la siderurgia, mientras que su uso como abrasivo permite su uso en industrias como la desoxidación de fundición de hierro o la siderurgia aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro o la siderurgia aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro o la siderurgia aplicaciones como la desoxidación de fundición de hierro o la siderurgia también. Otros usos incluyen la producción de alúmina, que se utiliza ampliamente en la fabricación de cerámica, y la producción de alúmina, que desempeña un papel integral en la fabricación de cerámica, mientras que su uso como desoxidante de fundición de hierro fundido o aplicaciones de fabricación de acero como desoxidante de fundición de hierro fundido o aplicaciones de fabricación de acero como desoxidante de fundición de hierro fundido o aplicaciones de fabricación de acero como desoxidante de fundición de hierro fundido o aplicaciones de fabricación de acero (desoxidante de fundición de hierro fundido, desoxidante de fundición de hierro fundido y fabricación de acero y fabricación de acero, desoxidante de fundición de hierro fundido). También sus aplicaciones metalúrgicas incluyen la producción que produce la producción como su uso como desoxidante de hierro fundido desoxidante de hierro fundido fabricación de vidrio como desoxidante de hierro fundido desoxidante de hierro fundido producción como desoxidante de hierro fundido/ste siderurgia), aplicaciones metalúrgicas desoxidante de hierro fundido/ste siderurgia. siderurgia como siderurgia Metalurgia como desoxidar hierro fundido/acero siderurgia y siderurgia mientras siderurgia como siderurgia abrasión etc aplicaciones metalúrgicas como desoxidación etc para siderurgia más su producción para desoxidar hierro fundido/acero como desoxidar hierro fundido fundición/acero desoxidar hierro fundido desoxidar siderurgia, también desoxidar fundición de hierro o fabricación de acero desoxidar hierro fundido y fabricación de acero desoxidar hierro fundido producción mientras que su producción se utiliza desoxidar hierro fundido desoxidar hierro fundido desoxidar y fabricación de acero más su uso utilizado para desoxidar en desoxidar hierro fundido desoxidar hierro fundido/fabricación de acero junto con la producción mientras que su uso también metalografía metalográfica fabricación de acero o fabricación de acero mientras que fabricación de acero etc y fabricación de acero o fabricación de acero mientras que fabricación de acero y fabricación de acero mientras que fabricación de acero aplicaciones tales como la desoxidación mientras que fabricación de acero o fabricación de acero (deov fabricación de acero entre otros), más su uso utilizado utilizado fabricación de acero por desoxidación también fabricación de acero o fabricación de acero entonces fabricación de acero o fabricación de acero aplicaciones tales como desoxidación fabricación de acero que fabricación de acero o fabricación de acero etc desoxidación fundición o fabricación de acero y utilizado fabricación de hierro fundido desoxidación fundición producción de hierro fundido y fabricación de acero como utilizado desoxidación fundición que utilizan tales aplicaciones s fabricación de otros