Temperatura de fusión del carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es uno de los materiales más duros y duraderos fabricados por el hombre. Se utiliza en una gran variedad de aplicaciones de ingeniería, como cojinetes de bombas, válvulas e inyectores de chorro de arena.

El SiC es un material semiconductor con una estructura atómica única, lo que le confiere características útiles para aplicaciones electrónicas. El SiC resiste la fusión cuando se calienta y es impermeable a la permeabilidad del oxígeno; lo que lo hace resistente a la oxidación interna a altas temperaturas.

Temperatura

El carburo de silicio es uno de los materiales estructurales más duros y duraderos que existen, con una excepcional resistencia al calor, conductividad eléctrica y protección contra la corrosión gracias a los fuertes enlaces que forman los átomos de carbono y silicio en su red cristalina. Debido a que estos enlaces requieren grandes cantidades de energía para romperse, el carburo de silicio tiene una elevada temperatura de fusión.

El SiC tiene un punto de fusión aproximado de 2700 grados Celsius, lo que lo convierte en un material excelente para su uso en entornos de altas temperaturas, ya que puede soportar temperaturas que fundirían o degradarían otros materiales. Además, el SiC presenta una conductividad térmica extremadamente alta, lo que lo convierte en un eficaz disipador de calor.

La naturaleza versátil del carburo de silicio es esencial en su producción; los fabricantes pueden conformar fácilmente este material en diversas formas y tamaños para los procesos de fabricación, mientras que su resistencia a las altas temperaturas también resulta útil para aplicaciones de alta temperatura como hornos de semiconductores y componentes de turbinas.

El carburo de silicio se produce normalmente fundiendo coque de petróleo con sílice de alta calidad en un horno de resistencia, creando dos polimorfos de carburo de silicio: alfa (a-SiC) y beta (b-SiC). Sus puntos de fusión difieren según sus respectivas estructuras cristalinas: por ejemplo, la estructura cristalina hexagonal que se encuentra en las formas de wurtzita da lugar a un tipo, mientras que las estructuras de blenda de zinc producen otra forma.

El a-SiC tiene un punto de fusión más alto y suele utilizarse en entornos industriales. Por su dureza y resistencia, es un material excelente para herramientas de rectificado, así como para blindajes compuestos o chalecos antibalas.

El a-SiC se utiliza ampliamente en la industria siderúrgica como desoxidante de cuchara y desoxidante de escoria de horno eléctrico. Cuesta menos que su homólogo de ferrosilicio/carbono, produce un acero más limpio con niveles más bajos de oligoelementos, presenta un bajo contenido de gas que no aumenta la temperatura de fusión de la producción de acero y procede de un abundante suministro mundial. A continuación, los bloques se cortan en trozos más pequeños que se venden para su posterior transformación.

Presión

El carburo de silicio es un material extremadamente duro con excelentes características de resistencia a la temperatura, incluida la resistencia a la oxidación y a la corrosión química. Como soporta bien estas tensiones ambientales, el carburo de silicio puede encontrarse en herramientas de corte, así como en muelas para aplicaciones de aserrado y hojas de sierra. Debido a su dureza, el carburo de silicio también presenta una baja expansión térmica, algo especialmente ventajoso cuando se aplica como placas cerámicas utilizadas en chalecos antibalas.

El carburo de silicio puro posee una estructura cristalina hexagonal y puede producirse mediante el proceso Lely, en el que el dióxido de silicio (SiO2) se sublima a 2000 ºC antes de molerse en gránulos y sinterizarse a 2700 ºC para crear SiC verde. La mayor parte del SiC verde se vende como granalla o material de revestimiento, aunque también se utiliza en refractarios y compuestos.

Su baja dilatación térmica y su resistencia a la corrosión hacen del acero inoxidable un material excelente para aplicaciones industriales que requieren resistencia al calor, como hornos industriales, componentes de hornos, cojinetes y rodamientos. Además, su conformabilidad única le permite soportar altas temperaturas sin perder su forma; adicionalmente es químicamente inerte con un punto de fusión extremadamente alto.

Los bloques de carburo de silicio también pueden servir para sustituir los elementos calefactores metálicos de los hornos industriales. Aunque no es muy soluble en agua, ciertos ácidos pueden disolverlo fácilmente. Cuando se combina con su alta temperatura de fusión y sus buenas propiedades de resistencia a la oxidación, el carburo de silicio constituye una opción de material atractiva en aplicaciones de hornos.

El carburo de silicio es un material extremadamente cristalino con al menos 70 polimorfos, siendo el carburo de silicio alfa el más frecuente. Otras variaciones, como el carburo de silicio beta, con una estructura cristalina cúbica centrada en la cara similar a la de la zincblenda o la esfalerita, son menos populares, pero se siguen utilizando como soporte de catalizadores y material de sustrato en algunas aplicaciones, como el soporte de catalizadores heterogéneos. Otras variantes del SiC son el nitruro de silicio y el carburo de boro; la adición de carbono o boro puede aumentar su refractariedad, haciendo que la sinterización sea más fuerte y mejorando también su resistencia.

Densidad

El carburo de silicio es un material duro y denso formado por partículas cerámicas dispuestas en capas que se asemejan al diamante. Al ser uno de los materiales cerámicos más ligeros, resistentes y duros que existen en la actualidad, el carburo de silicio posee características similares a las del diamante. Puede soportar altas temperaturas sin agrietarse, mientras que la resistencia a la corrosión ácida lo hace resistente a la corrosión; con bajos índices de expansión térmica y grandes propiedades de disipación del calor hacen que este material sea adecuado para usos industriales como boquillas de pulverización, boquillas de granallado y componentes de ciclones.

El carburo de silicio (SiC) es un material semiconductor con una brecha de banda extremadamente ancha, tres veces mayor que la de la sílice (cuarzo). Gracias a esta gran separación, el SiC ofrece una conductividad y un control de la corriente de fuga superiores a los de otros semiconductores. Además, el SiC puede tolerar tensiones y temperaturas más elevadas que otros materiales, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de potencia de alto voltaje.

Los nanotubos de carbono materializados (NCN) ofrecen excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y pueden soportar altas temperaturas con excelentes propiedades mecánicas, lo que los hace adecuados para muchas aplicaciones electrónicas como escobillas de motor, condensadores y bobinados de bobinas, así como aplicaciones de microondas y telecomunicaciones. Se utilizan ampliamente en todas las industrias electrónicas.

Existen al menos 70 formas diferentes de carburo de silicio, siendo el carburo de silicio alfa (a-SiC), con su estructura cristalina hexagonal similar a la wurtzita, la variedad más extendida. La forma B ha aparecido recientemente en escena, pero aún no se ha explotado comercialmente debido a que su estructura cristalina cúbica centrada en la cara se asemeja a las propiedades de la zincblenda o la esfalerita.

Las formas cristalinas del carburo de silicio comparten una estructura entrelazada, con sus átomos unidos covalentemente. La particular disposición atómica del A-SiC le confiere una estructura cristalina y unas propiedades físicas distintivas, como su resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión por ácidos orgánicos, álcalis y sales.

Estas extraordinarias propiedades hacen del a-SiC un material versátil, sobre todo en la lapidaria moderna. Además, su uso incluye herramientas de amolado para trabajos lapidarios, así como materiales estructurales utilizados para chalecos antibalas y blindajes compuestos, además de componentes de automóviles como discos de freno. Además, sirve como elemento en capas de fricción de filtros de partículas diésel y forma parte de procesos de soldadura basados en láser, como la pirometría de filamento fino.

Crisol de grafito

Los crisoles de grafito de carburo de silicio son productos altamente refractarios que suelen utilizarse en fundiciones para fundir metales ferrosos y no ferrosos, incluidas aleaciones ferrosas como el mineral de hierro. Su facilidad de uso, alto punto de fusión, conductividad térmica y durabilidad los hacen ideales para su uso tanto en hornos eléctricos como de combustible; además, se presentan en varios tamaños y formas que se adaptan a cualquier aplicación de fundición.

Antes de cargar metal en un crisol de SiC, es fundamental precalentarlo para evitar el choque térmico y el agrietamiento del recipiente. Además, el mantenimiento regular debe incluir la limpieza de la escoria de su superficie interior para evitar problemas con la fusión del metal en el futuro; los rascadores que se ajustan a su curva ayudarán a evitar la indentación de sus paredes.

Los crisoles de grafito pueden utilizarse para fundir todo tipo de metales, siendo el latón la opción más popular. Además, su estabilidad a altas temperaturas los hace adecuados para fundir silicio con altos niveles de pureza; además, sus tamaños y formas pueden adaptarse específicamente a aplicaciones concretas.

Antes de utilizar un crisol para experimentos, es aconsejable raspar primero los restos que hayan podido quedar de otros anteriores. A continuación, llena el crisol con bicarbonato potásico fundido y caliéntalo hasta que aparezca en su superficie una capa uniforme de sal potásica de color marrón rojizo.

Los crisoles de grafito son productos refractarios fabricados con carburo de silicio (SiC). Pueden utilizarse en un horno de inducción o en un horno eléctrico para fundir metales férreos y no férreos, ya se produzcan de forma natural a partir de grafito o mediante procesos de fabricación especiales; además, también pueden contener circón, alúmina y molibdeno como materiales de refuerzo adicionales.

Los crisoles de SiC son fáciles de usar y están disponibles en varias formas y tamaños para satisfacer los requisitos de diferentes aplicaciones. A la hora de seleccionar uno para su uso en el horno, elija uno de tamaño acorde con sus dimensiones, ya que esto reducirá la oxidación con el paso del tiempo. También es una buena inversión comprar uno con cristal protector para protegerlo de las altas temperaturas de funcionamiento y evitar una mayor oxidación.