Densidad del carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC), comúnmente conocido como carborundo, es un material cerámico extremadamente duro y duradero con bajos índices de dilatación térmica y gran resistencia a los ácidos y al litio.

El amianto se presenta en forma de cristales iridiscentes de color amarillo a verde a negro azulado que, cuando se inhalan, pueden producir una alveolitis fibrosante nodular sostenida similar a la causada por el amianto crocidolita.

Densidad

El carburo de silicio (SiC) tiene una densidad de 3,21 g/cm3, muy inferior a la del silicio, que tiene 2,33 g/cm3. Al ser uno de los materiales más fuertes y duros, el SiC es ideal para aplicaciones que requieren gran solidez y resistencia a la abrasión, así como por su amplia banda de separación y su excelente conductividad térmica, perfectas para la electrónica de potencia que funciona a temperaturas y voltajes más elevados.

El carburo de silicio (SiC) es una aleación compuesta de silicio y carbono, conocida coloquialmente como "carborundo". El SiC, que se encuentra de forma natural en los minerales de moissanita, se produce en masa desde 1893 en forma de polvo y cristal para su uso como abrasivo. Entre sus aplicaciones se incluyen herramientas de corte y rectificado, equipos de abrasión a alta presión como trituradoras, expansión térmica limitada y resistencia a la corrosión y expansión térmica limitada como material refractario en hornos/hornos, así como aplicaciones de voladura/golpeado.

Los atributos clave del carburo de silicio van mucho más allá de su baja densidad y alta resistencia; entre ellos se encuentran su alto punto de fusión y su excelente estabilidad química, dos características que contribuyen significativamente a su valor. Además, el carburo de silicio posee una resistencia excepcional a la corrosión y una conductividad térmica superior, cualidades que hacen de este material un bien muy preciado. Cuando se combina con metales como el aluminio para formar aleaciones más fuertes.

La estructura cristalina del carburo de silicio se compone de capas hexagonales y romboédricas con átomos desplazables de Si y C que están unidos entre sí por fuertes enlaces silicio-carbono, mientras que sus posiciones dislocadas dan lugar a un politipismo que tiene profundas ramificaciones en las propiedades físicas del SiC.

El mercado mundial del carburo de silicio se está expandiendo rápidamente debido a la expansión del sector de la electrónica de potencia y de las aplicaciones de petróleo y gas, donde sus propiedades ofrecen ventajas sobre otros materiales más tradicionales. Además, los materiales ligeros con mayor resistencia, rigidez y dureza son cada vez más demandados por las empresas que buscan ahorrar costes en los procesos de producción.

Peso específico

El carburo de silicio tiene un peso específico de 3,21 gramos/cm3, lo que lo convierte en uno de los materiales más densos jamás vistos. Gracias a su gran resistencia y a sus propiedades de banda ancha, el carburo de silicio puede utilizarse para cortar materiales duros y blandos por igual, además de ser ideal para aplicaciones electrónicas.

El SiC es incombustible, tiene una baja presión de vapor y se disuelve fácilmente en álcalis calientes y soluciones de hierro, además de no ser tóxico para animales ni humanos. Producir SiC de forma natural o sintética es posible; el SiC natural puede encontrarse en la kimberlita o en la anfibolita volcánica, mientras que el carburo de silicio sintético puede producirse haciendo reaccionar el silicio elemental con carbono, fundiendo estos dos materiales juntos en un horno eléctrico antes de molerlo en partículas y lavarlo.

La seguridad y la salud deben ser siempre lo primero a la hora de manipular materiales de carburo de silicio, ya que la inhalación o ingestión de carburo de silicio podría provocar daños pulmonares, por lo que es fundamental tomar las precauciones de seguridad adecuadas, como llevar gafas o mascarillas protectoras, para garantizar una manipulación segura y lavar la piel después de trabajar con esta sustancia.

El carburo de silicio se utiliza con frecuencia como medio de rectificado, ofreciendo un rendimiento fiable en materiales duros como el vidrio, la cerámica y los metales. Además, este material ofrece una excepcional resistencia a la fractura a altas temperaturas, sin dejar de ser lo suficientemente resistente al calor para cortar o lapear materiales duros como mármol, porcelana y carburo.

El carburo de silicio posee muchas propiedades físicas beneficiosas, como la resistencia a la corrosión y a la abrasión. Tiene la misma dureza que el diamante, lo que lo convierte en uno de los materiales más duros que existen. Además, el carburo de silicio es un excelente conductor eléctrico con una amplia banda de separación que le permite funcionar a voltajes más altos.

Debido a su excelente resistencia a la corrosión y la oxidación, el carburo de silicio se emplea con frecuencia como excelente materia prima para producir cerámica fina. Además, su excelente resistencia lo hace adecuado para crear materiales refractarios avanzados, así como herramientas abrasivas avanzadas. Además, el carburo de silicio presenta una resistencia al desgaste superior a la del hierro fundido o el caucho, lo que lo convierte en un material ideal para fabricar tuberías, bombas y ciclones resistentes al desgaste.

Conductividad térmica

El carburo de silicio es un material extremadamente duro y denso con una alta conductividad térmica debido a la concentración de impurezas de boro, defectos puntuales y otros factores - esta alta conductividad térmica se debe a los fuertes enlaces entre átomos de carbono y átomos de silicio que crean la alta conductividad térmica. Estas propiedades hacen que el carburo de silicio sea adecuado para aplicaciones de mecanizado duro debido a sus excelentes propiedades de resistencia a los golpes.

La composición química del carburo de silicio varía en función de su procesamiento y de los métodos de producción por sinterización, incluidos los aumentos de densidad cristalográfica por sinterización; los aditivos de aluminio y boro añadidos durante la sinterización aumentan la resistencia del material sinterizado, mientras que las propiedades mecánicas dependen de factores como el tamaño/la forma del grano, la pureza, la orientación de los huecos, la porosidad, etc.

Las resistencias a temperatura ambiente del carburo de silicio prístino oscilan entre 4GPa y 4GPa cuando se miden por sus resistencias a temperatura ambiente; sin embargo, las fibras de carburo de silicio CVD disminuyen cuando se calientan por encima de 800degC debido a las reacciones interfaciales entre el tungsteno y el manto rico en carbono, y el carbono. La resistencia radial es inferior a la resistencia a la tracción longitudinal, lo que sugiere que los defectos superficiales provocan la mayor parte de la tensión de fallo.

La conductividad térmica del carburo de silicio depende de su concentración de boro y de su orientación cristalográfica; el SiC de mayor pureza tiene un valor intermedio entre el diamante puro y el cobre en términos de conductividad térmica. Sin embargo, cuando hay SiC policristalino, su conductividad térmica disminuye debido a defectos como los límites de fase, las soluciones sólidas y los defectos de red; diversos aditivos y técnicas de sinterización pueden reducir su impacto en la conductividad térmica del carburo de silicio.

Los efectos nocivos del carburo de silicio dependen de cómo y dónde se produzca y utilice, con algunas reacciones que incluyen irritación respiratoria, inflamación pulmonar y malestar estomacal como posible resultado de su producción y uso. Además, el carburo de silicio está considerado por el Centro Internacional de Investigaciones sobre el Cáncer como probable (2a) o posible (2b). Además, el carburo de silicio químico también ha sido identificado como potencialmente cancerígeno, provocando cambios como fibrosis e inflamación en el tejido pulmonar.

Conductividad eléctrica

El carburo de silicio es un material eléctricamente semiconductor, lo que significa que su estado puede alterarse cuando se expone a la corriente eléctrica o a campos electromagnéticos, pasando de aislante a conductor. Esta característica hace que el carburo de silicio sea adecuado para su uso en dispositivos electrónicos que amplifican, conmutan, convierten y regulan el flujo de energía eléctrica, como diodos, transistores, tiristores y FET/MOSFET, entre muchos otros. Las cualidades semiconductoras del carburo de silicio, combinadas con su dureza y resistencia al desgaste, lo convierten en uno de los materiales industriales más versátiles del mundo.

Las láminas de carburo de silicio (slice) suelen presentar una conductividad eléctrica muy baja por sí solas; sin embargo, su conductividad eléctrica puede aumentarse en gran medida añadiendo segundas fases conductoras, como materiales de nitruro o polipropileno ricos en carbono, como el óxido de itrio o el dióxido de circonio, que aumentan su conductividad eléctrica. Normalmente se forma una capa conductora en la interfaz entre los cristales de SiC y dichas matrices ricas en carbono o nitruro.

Al igual que la conductividad térmica, la conductividad eléctrica de los carburos de silicio de corte puede ajustarse mediante la selección de aditivos de óxido específicos, la atmósfera de sinterización y las técnicas de procesamiento. Por ejemplo, la adición de óxido de itrio aumenta significativamente la conductividad eléctrica cuando se sinteriza sin oxígeno; otros gases inertes similares, como el nitrógeno o el helio, también pueden ayudar a ajustar esta atmósfera durante el procesamiento.

La conductividad eléctrica del carburo de silicio ligado con mullita puede ajustarse en rangos muy amplios entre 105 y 107 Ohm*cm a temperatura ambiente, lo que le permite satisfacer conductividades específicas relacionadas con la aplicación incluso a altas temperaturas. Esto aporta flexibilidad a la hora de diseñar circuitos. El carburo de silicio ligado con mullita se utiliza ampliamente para aplicaciones de alta temperatura debido a sus excelentes propiedades de conductividad térmica. Sin embargo, para aplicaciones que requieren mayores niveles de rendimiento, se puede utilizar el enlace por reacción para producir carburo de silicio con una estructura cristalina similar a la de un aislante, denominada a-SiC o Wurtzita-SiC. Este material es impermeable al oxígeno y resistente a la oxidación interna a altas temperaturas, y suele prepararse mediante infiltración química de vapor (CVI) o polímero-impregnación-pirólisis (PIP), dos métodos ambos más rentables que los procesos tradicionales de prensado isostático en caliente.