La masa molar del carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico inorgánico formado por silicio y carbono, que se encuentra de forma natural en la formación mineral de moissanita. Desde 1893, el polvo y el cristal de SiC se producen en masa para su uso como abrasivo y componente de frenos y embragues cerámicos de larga duración.

El SiC se compone de varios politípos con diversas estructuras cristalinas y separaciones de banda, lo que da lugar a diversas combinaciones que se subliman a 2700 grados Celsius. Su color puede variar del amarillo verdoso al negro azulado iridiscente antes de sublimarse por completo.

Metrología de las reacciones químicas

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico inorgánico formado por silicio y carbono que sólo se encuentra en la naturaleza en cantidades mínimas, como la piedra preciosa moissanita. Sin embargo, desde 1893, el carburo de silicio se produce en masa como material abrasivo y como material cerámico para aplicaciones que requieren una gran durabilidad, como los chalecos antibalas. El SiC puede producirse en forma de polvo o de cristal, y ambas formas se combinan mediante sinterización para formar materiales cerámicos muy duraderos con propiedades físicas variadas.

Los científicos necesitan conocer las cantidades de reactivos y productos para determinar el resultado de las reacciones químicas, con el fin de calcular la cantidad de material que se generará a partir de su reacción. Para ello, primero convierten las cantidades de unidades de masa (m) en moles (mol), que mide el número de átomos presentes en una muestra. Este proceso de conversión entre unidades de masa y moles se conoce como cálculo de la masa molar, una herramienta esencial utilizada en los cálculos estequiométricos.

Las ecuaciones químicas equilibradas son necesarias para cumplir la Ley de Conservación de la Masa, lo que significa que no se pierden ni se ganan átomos durante ninguna reacción. También sirven para predecir las cantidades producidas a partir de determinadas reacciones, como la cantidad de SiC que se producirá a partir de un aporte de arena. Sus masas molares pueden determinarse a partir de las relaciones entre los coeficientes de reacción y las masas atómicas de los elementos implicados.

El Sistema Internacional de Unidades se compone de siete unidades fundamentales: longitud (m), masa (kg), corriente eléctrica (A), temperatura termodinámica (K), cantidad de sustancia (volumen molar) e intensidad luminosa (cd). Hoy en día, la mayoría de los usos de la masa molar están relacionados con la producción o calibración de constantes físicas, lo que proporciona la base para otras unidades del SI.

Se ha descubierto que los trabajadores que producen carburo de silicio para utilizarlo como abrasivo padecen enfermedades respiratorias similares a las causadas por la exposición al amianto. El carburo de silicio produce partículas de polvo microscópicas que pueden ser inhaladas por los pulmones, donde causan fibrosis pulmonar intersticial difusa o "enfermedad similar a la silicosis". Un estudio lo demostró, con radiografías de tórax de trabajadores de la producción de carburo de silicio que mostraban pequeñas opacidades redondas a baja profusión parecidas a las que se producen con la exposición al amianto (alveolitis fibrosante de tipo crocidolita).

Preparación y optimización de materiales

El carburo de silicio es un nanomaterial funcional con numerosas aplicaciones en diversos campos, desde catalizadores y semiconductores hasta cerámicas y textiles funcionales. Debido a su diversa morfología microscópica y a su polimorfismo, el carburo de silicio posee una amplísima gama de propiedades físicas, químicas y eléctricas; en concreto, tiene una elevada resistencia a la ruptura del campo eléctrico, además de ser altamente conductor. Además, debido a las altas temperaturas y tensiones, es un material excelente para la electrónica de potencia; por otra parte, sus cualidades aislantes lo hacen adecuado como material aislante de pararrayos.

La masa molar es un factor esencial a la hora de producir carburo de silicio, ya que forma parte de su cálculo estequiométrico para definir su composición final y sus propiedades. Para hallarla, hay que sumar todas las masas de todos los átomos presentes en su fórmula, multiplicando la masa atómica de cada elemento por su presencia, teniendo en cuenta la distribución isotópica de los nucleidos presentes, etc. Este mismo proceso se aplica al cálculo del peso molecular.

La masa molar del carburo de silicio puede dividirse aproximadamente por la mitad según su composición; 1,25 átomos de carbono y 1,5 átomos de oxígeno componen su masa, por lo que puede servir como indicador del contenido de oxígeno en las formas en polvo y a granel del carburo de silicio. Sin embargo, el análisis del tamaño de las partículas revelará con mayor fiabilidad la densidad del carburo de silicio.

El carburo de silicio tiene numerosos usos industriales debido a su dureza y resistencia al desgaste, con aplicaciones muy extendidas que incluyen técnicas de mecanizado abrasivo y como componente aditivo en cerámicas duras, piezas de automóviles, piezas de hornos de ladrillos refractarios y dispositivos generadores de electricidad. Además, el carburo de silicio se utiliza cada vez más como sustituto asequible del diamante en las herramientas de corte y en la producción de gemas sintéticas como la moissanita.

El carburo de silicio puede producirse mediante diversos procesos, como la sinterización y el prensado en caliente. Además de sus aplicaciones industriales, el carburo de silicio es una materia prima importante en la producción de semiconductores. Además, su menor resistencia, mayor conductividad y mejor resistencia a la corrosión pueden convertirlo en un atractivo sustituto del cobre en determinados casos.

Predicción de propiedades físicas

La masa molar del carburo de silicio no tiene relación directa con sus propiedades físicas; sin embargo, la densidad, la dureza y la estructura química están estrechamente correlacionadas. Por lo tanto, conocer su masa molar al procesar o fabricar carburo de silicio puede ayudar a optimizar la composición y la calidad de los productos finales.

Calcular con precisión la masa molar de un compuesto es un paso esencial para realizar cálculos estequiométricos que determinen su composición química y sus propiedades físicas; esto puede resultar especialmente difícil cuando se trata de sustancias complejas como el carburo de silicio.

Diversos estudios han demostrado que las masas molares de los compuestos complejos pueden predecirse con gran exactitud utilizando varios enfoques, como la estequiometría, la termodinámica, la cinética y el modelado molecular. Para obtener resultados precisos es de vital importancia utilizar un software de cálculo estequiométrico capaz de tener en cuenta efectos como los solapamientos y las sustituciones que suelen producirse en los compuestos complejos.

Los programas de cálculo estequiométrico pueden utilizarse para convertir fórmulas químicas en masas molares, que a su vez pueden convertirse en propiedades físicas como la dureza o la densidad. La masa molar del carburo de silicio puede determinarse multiplicando las masas atómicas de cada elemento antes de sumarlas todas; si no, también puede estimarse comparando su masa con la de compuestos análogos similares de los que existan datos experimentales.

Linde Engineering ha hecho de la investigación sobre el uso de la masa molecular para la predicción de propiedades físicas un área activa de investigación, y este proyecto ha producido un modelo de predicción que utiliza la tecnología de radiofrecuencia (RF) para pronosticar cinco propiedades físicas de los PPC mediante radiofrecuencia (RF). Se ha validado mediante criterios de evaluación y análisis de impacto específicos de cada material; su rendimiento se ha mejorado aún más mediante novedosos procesos de categorización, técnicas de preprocesamiento de datos y optimización de hiperparámetros; por último, se ha implementado en un software de fácil manejo para mejorar su poder predictivo; los datos de nuevas recetas se introducen automáticamente en este software para mejorar su poder predictivo a lo largo del tiempo.

El carburo de silicio fue descubierto por primera vez como el mineral moissanita por Edward Goodrich Acheson. Aunque no se produce de forma natural, el carburo de silicio debe fabricarse y utilizarse ampliamente como abrasivo debido a sus propiedades de resistencia a la corrosión, estabilidad química y alto punto de fusión. Sin embargo, durante su fabricación, el carburo de silicio produce polvo que irrita las vías respiratorias; los estudios realizados también han informado de que las partículas y fibras de carburo de silicio causan una alveolitis fibrosante masiva progresiva similar a la enfermedad relacionada con el amianto en sujetos humanos, enfermedades potencialmente similares asociadas a la exposición al amianto.

Aplicaciones

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto cristalino de silicio y carbono extremadamente duro producido sintéticamente. El carburo de silicio se encuentra en la naturaleza como el raro mineral moissanita, pero su producción masiva comenzó en 1893 en forma de polvo o monocristal para su uso como abrasivo o cerámica de ingeniería. Debido a su extrema dureza, resistencia al choque térmico, resistencia al desgaste para bombas y motores de cohetes y sustratos semiconductores en diodos emisores de luz; el SiC se utiliza ampliamente como material refractario para hornos industriales y piezas resistentes al desgaste como revestimientos refractarios en hornos industriales, así como revestimientos refractarios duraderos en la lapidaria moderna.

En cada paso de la producción de SiC, es imprescindible conocer con precisión su masa molar. Esta cifra puede determinarse sumando todas las masas atómicas implicadas y multiplicando ese total por el número de átomos de cada elemento presente en una reacción química; utilizar este conocimiento permite optimizar y controlar la síntesis con mayor precisión, ayudando a garantizar la pureza del producto.

Una vez determinada la masa molar de las materias primas, se pueden moler en forma de polvo fino antes de mezclarlas con auxiliares de sinterización sin óxido y formar una pasta para sinterizarla a alta temperatura en vacío para reforzar los enlaces químicos y, a continuación, enfriarla, darle forma y moldearla según se requiera para la creación del producto final, como el prensado isostático en frío o la extrusión.

La masa molar de las materias primas puede ayudar a predecir las propiedades físicas de sus productos acabados, como la densidad, la dureza y la conductividad térmica. Pero, por desgracia, esta relación no puede establecerse directamente; para hacer predicciones basadas únicamente en la masa molar, también hay que tener en cuenta información adicional, como la estructura cristalina o los tipos de enlace químico.

China Yafeite, como fabricante líder de productos y servicios de carburo de silicio de alta calidad, ofrece una amplia gama de productos y servicios diseñados para diversas aplicaciones. Póngase en contacto con nosotros ahora para obtener más información sobre estas ofertas; ¡nuestro equipo estará encantado de responder a cualquier pregunta que pueda tener!