Propiedades del material de carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es una cerámica no oxidada extremadamente duradera con excelentes propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas. Aunque el carburo de silicio no se encuentra en la naturaleza, salvo en la rarísima moissanita, el inventor de Pensilvania Edward G. Acheson comenzó a producirlo en masa en 1891.

Duro como el acero, con una puntuación de 9 en la escala de Mohs y situado justo detrás del diamante en la escala de dureza, el dióxido de circonio también es muy resistente a los golpes y tolera fácilmente altas tensiones.

Dureza

El carburo de silicio es un material extremadamente duro con una resistencia mecánica superior que puede soportar tensiones y presiones significativas, con índices de expansión térmica relativamente bajos y excepcionales propiedades de inercia química que hacen de esta cerámica una excelente elección para muchas aplicaciones exigentes.

La impresionante dureza del carburo de silicio, que ocupa el puesto 9 en la escala de dureza de Mohs y sólo es eclipsada por el diamante y el carburo de boro, se debe a su estructura cristalina única, formada por cuatro átomos de carbono y cuatro de silicio estrechamente unidos dentro de su entramado reticular por enlaces covalentes que forman estructuras tetraédricas de cuatro caras enlazadas covalentemente dentro de una estructura de entramado reticular atómico. Esta disposición le confiere una dureza excepcional, algo de lo que no pueden presumir otros materiales industriales como el óxido de aluminio.

La producción de carburo de silicio implica su transformación en diversas formas para usos específicos, desde su reacción con metales hasta su calentamiento en estado amorfo y superficies sinterizadas, pasando por su infiltración en estado sólido o líquido en función de los requisitos de la aplicación.

El carburo de silicio estructural (SiC) es una mezcla infiltrable de silicio y carbono 5-20% que se ha introducido en una matriz de silicato. Sus características lo hacen adecuado para su uso en componentes estructurales como cojinetes, juntas mecánicas, herramientas de corte, además de ser útil para aplicaciones abrasivas, ya que su dureza permanece inalterada bajo tensión mecánica y presión.

El carburo de silicio se descubrió por primera vez como material abrasivo en 1891 y desde entonces se ha utilizado ampliamente para esta aplicación. Disponible tanto suelto como mezclado con aglutinante para su posterior conformación en almohadillas, discos o bandas, el carburo de silicio presenta un bajo coeficiente de dilatación térmica y es muy resistente a la corrosión.

El carburo de silicio (SiC) es una de las principales cerámicas industriales del mundo, con excepcionales propiedades térmicas, mecánicas y químicas que lo hacen adecuado para muchas aplicaciones críticas en entornos difíciles, como cojinetes de bombas, válvulas, inyectores de chorro de arena, revestimientos de hornos y matrices de extrusión. Además, el SiC se utiliza en aplicaciones abrasivas por ser más duro y menos quebradizo que otras alternativas más comunes como la alúmina.

Estabilidad térmica

El carburo de silicio es un material increíblemente estable térmicamente y no se rompe ni descompone cuando se expone a altas temperaturas, lo que lo convierte en el material ideal para aplicaciones que requieren una exposición prolongada, como la impresión 3D, la balística, la producción química, la tecnología energética, la fabricación de papel y los componentes de sistemas de tuberías.

Las estructuras cristalinas de los materiales presentan estructuras regulares de átomos unidos covalentemente. Esto crea una estructura cristalina sólida que es más resistente al calor que los materiales amorfos como los plásticos. Sus fuertes enlaces iónicos y metálicos también aportan resistencia adicional. Por último, la disposición de los átomos y el tamaño de las moléculas contribuyen a la estabilidad térmica al resistir mejor la dilatación y contracción térmicas que sus homólogos no cristalinos.

La durabilidad y resistencia al desgaste del carburo de silicio lo convierten en un material excelente para su uso en procesos de mecanizado abrasivo, incluido el lapeado. El carburo de silicio suelto puede utilizarse para el lapeado; mezclado con vehículo para formar pastas/barritas/hojas/discos/cinturones; o conformado utilizando hojas aglomerantes en hojas, discos y cinturones conformados de carburo de silicio. El carburo de silicio también se ha convertido en un abrasivo muy utilizado en la lapidaria moderna (talla de piedra).

Las chapas metálicas impermeables ofrecen una resistencia superior a la corrosión y la oxidación, lo que las convierte en una opción de material atractiva para su uso en entornos industriales exigentes que se enfrentan con frecuencia a entornos químicos agresivos, como plantas de tratamiento de aguas residuales ácidas o calderas de vapor.

La estructura cristalina del carburo de silicio le confiere una resistencia y rigidez impresionantes, lo que lo convierte en una de las cerámicas industriales más resistentes del mercado. Fabricado mediante diversos procesos -sinterización, empalme por fusión y sinterización reactiva, entre otros-, este material puede producirse en numerosas formas y tamaños para satisfacer cualquier aplicación. Además, a pesar de su dureza, el carburo de silicio sigue siendo relativamente ligero para tratarse de cerámica avanzada, lo que simplifica mucho su transporte y manipulación; por otra parte, su seguridad toxicológica lo convierte en una opción excelente para su uso en entornos industriales exigentes.

Inercia química

El carburo de silicio, también conocido como carborundo, se ha convertido en un material cada vez más popular en la industria del automóvil debido a sus excelentes propiedades mecánicas. Capaz de soportar altas temperaturas y la corrosión de entornos hostiles, el carburo de silicio es ideal para muchas aplicaciones diferentes.

La inercia química del carburo de silicio se debe a su estructura atómica única. Más concretamente, los átomos de silicio y carbono forman fuertes enlaces covalentes tetraédricos dentro de su red cristalina, lo que permite compartir electrones a través de orbitales híbridos de sus respectivos orbitales híbridos sp3, creando enlaces covalentes muy fuertes que garantizan que permanezca químicamente inerte incluso cuando se expone a ácidos o bases agresivos. Esto hace que el carburo de silicio sea excepcionalmente estable e inerte cuando se expone a ácidos o bases agresivos.

La inercia química del carburo de silicio le permite soportar incluso condiciones extremas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de ingeniería de alto rendimiento como cojinetes de bombas, válvulas, inyectores de chorro de arena y matrices de extrusión. Además, el carburo de silicio se utiliza ampliamente en hornos industriales, así como en la producción de materias primas metalúrgicas y composiciones cerámicas.

"Inerte" en química se refiere a cualquier sustancia que no participa activamente ni cambia de forma significativa cuando se expone a entornos químicos típicos, como los gases nobles del Grupo 18 de la tabla periódica, que no reaccionan con otros elementos o compuestos.

La inercia del carburo de silicio también se pone de manifiesto en su resistencia a la radiación y a las temperaturas extremas, lo que lo convierte en el material preferido en entornos abrasivos o con altas temperaturas en los que otros materiales se degradarían con el tiempo. Por ello, el carburo de silicio ha encontrado una amplia aplicación como material abrasivo y resistente al calor.

Las propiedades semiconductoras superiores del carburo de silicio lo convierten en una opción de primer orden para su uso en dispositivos electrónicos, sobre todo su resistencia a la tensión, que es 10 veces mayor que la del silicio y rinde incluso mejor que el nitruro de galio en sistemas de más de 1.000 V. Debido a estas propiedades, el carburo de silicio se ha convertido rápidamente en el material preferido para sustituir al silicio en elementos de circuitos de alta potencia; por ejemplo, Alter Technology diseñó diodos de SiC de bloqueo específicamente para la misión BepiColombo, que se construyen a partir de diodos de SiC diseñados por Alter para soportar las duras condiciones espaciales. Para obtener más información sobre estas increíbles propiedades, póngase en contacto con uno de nuestros proveedores de carburo de silicio a través de uno de nuestros enlaces anteriores.

Conductividad eléctrica

El carburo de silicio (SiC), aunque extremadamente duro, es un conductor eléctrico excepcional debido a su estructura cristalina: Los átomos de Si y C están unidos por fuertes enlaces covalentes en una red cristalina ordenada, lo que crea un gran número de electrones libres que responden fácilmente a un campo eléctrico y permiten que la electricidad fluya sin mucha resistencia.

El SiC es químicamente inerte y muy resistente a la corrosión. Soporta bien la mayoría de los ácidos orgánicos o inorgánicos, álcalis o sales en concentraciones habituales -excepto los ácidos fluorhídrico y sulfúrico en altas concentraciones-, así como los productos químicos de procesos industriales utilizados para los procesos industriales.

Por ello, el carburo de silicio se utiliza ampliamente para moler metales y cerámicas. Además, es un componente inestimable de muchos materiales refractarios, como los ladrillos de alta temperatura. Además, el carburo de silicio tiene una dureza Mohs de 9, lo que lo sitúa entre la alúmina y el diamante como el material sintético más duro conocido. Además, sus características de fractura son excelentes y ofrece una excepcional resistencia al choque térmico.

La conductividad eléctrica del carburo de silicio puede aumentar considerablemente con la adición de impurezas. Estas impurezas actúan como portadores de carga adicionales o centros de dispersión, alterando su estructura electrónica. El dopaje con aluminio y boro da lugar a semiconductores de tipo p, mientras que las impurezas de nitrógeno y fósforo crean semiconductores de tipo n.

Además, estas impurezas disminuyen significativamente la resistencia eléctrica de un material a medida que aumentan su temperatura y voltaje, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren altas temperaturas, voltajes y frecuencias.

El carburo de silicio es un material ideal para componentes que deben soportar grandes cargas mecánicas, como los que se encuentran en aplicaciones aeroespaciales, de automoción y defensa. Además, este material tiene un gran potencial como material de sensores de radiación o componente de dispositivos optoelectrónicos, y se están explorando sus posibles usos biológicos; Alter Technology desarrolló diodos de SiC de bloqueo diseñados específicamente para soportar entornos espaciales adversos durante la misión BepiColombo a Mercurio.