El carburo de silicio (SiC) es un material duro y qu\u00edmicamente inerte muy utilizado como abrasivo y componente cer\u00e1mico en productos de alta resistencia. Disponible en varios tama\u00f1os de grano y formatos de aglutinante con distintos niveles de pureza y densidades, el carburo de silicio se puede encontrar en todas partes, desde aplicaciones industriales hasta instalaciones de fabricaci\u00f3n de bienes de consumo.<\/p>\n
El SiC fue producido comercialmente en masa por primera vez por Edward Goodrich Acheson en 1891 mediante su proceso Acheson, tras descubrir lo que parec\u00edan cristales negros similares a la moissanita mientras calentaba una soluci\u00f3n de arcilla y coque en polvo calentada el\u00e9ctricamente.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material extremadamente duro con propiedades cer\u00e1micas y semiconductoras \u00fanicas, lo que lo convierte en una opci\u00f3n fant\u00e1stica para aplicaciones de alta temperatura y resistentes al desgaste. Gracias a sus propiedades semiconductoras de banda ancha, el carburo de silicio puede funcionar a temperaturas mucho m\u00e1s elevadas que los semiconductores convencionales, al tiempo que presenta una resistencia a la abrasi\u00f3n, una resistencia cer\u00e1mica y unas propiedades el\u00e9ctricas excepcionales, cualidades que han contribuido de forma significativa a la revoluci\u00f3n de la electr\u00f3nica de potencia que se est\u00e1 produciendo en la actualidad.<\/p>\n
El SiC puede aparecer de forma natural como el mineral moissanita en cantidades muy limitadas; sin embargo, su principal uso en la industria es la producci\u00f3n sint\u00e9tica. Uno de los m\u00e9todos m\u00e1s utilizados es el proceso Acheson, descubierto accidentalmente por Edward Goodrich Acheson cuando intentaba crear diamantes en 1891. Mezclando coque de s\u00edlice en polvo en un horno el\u00e9ctrico y haciendo pasar una corriente el\u00e9ctrica a trav\u00e9s de \u00e9l, Acheson pudo crear cristales azules duros a los que llam\u00f3 \"carborundo\".<\/p>\n
En la actualidad, este proceso se emplea ampliamente para producir SiC, con varias plantas en todo el mundo que utilizan el dise\u00f1o de Acheson para producirlo. El procedimiento comienza mezclando grandes cantidades de arena de s\u00edlice y coque de carb\u00f3n en polvo antes de calentarlo en un horno el\u00e9ctrico provisto de una barra de grafito como disipador t\u00e9rmico para evitar la formaci\u00f3n de carburo de silicio a partir del gas mon\u00f3xido de carbono.<\/p>\n
Una vez enfriada, la mezcla se habr\u00e1 solidificado en un lingote cil\u00edndrico con capas de a-SiC, b-SiC y material sin reaccionar en su exterior. El B-SiC presenta estructuras cristalinas gruesas, mientras que el A-SiC tiene estructuras muy finas. A continuaci\u00f3n, estos lingotes de SiC verde o negro pueden seguir proces\u00e1ndose en funci\u00f3n de la aplicaci\u00f3n prevista: a veces se trituran, se muelen y se tratan qu\u00edmicamente para conseguir la calidad necesaria para cada aplicaci\u00f3n.<\/p>\n
Para crear el producto final, el a-SiC se tritura en forma de polvo antes de mezclarlo con auxiliares de sinterizaci\u00f3n sin \u00f3xido, como el organosilicio, para formar una pasta. Una vez formada, esta pasta puede compactarse y moldearse mediante extrusi\u00f3n o prensado isost\u00e1tico en fr\u00edo para producir material sinterizado que se somete a diversas inspecciones, pruebas y controles de calidad para garantizar que satisface las necesidades espec\u00edficas de su aplicaci\u00f3n.<\/p>\n
El carburo de silicio se crea calentando arena de s\u00edlice con carbono de carb\u00f3n o coque de petr\u00f3leo con bajo contenido en cenizas (com\u00fanmente denominado coque de brea). Este material puede encontrarse de forma natural como moissanita en cantidades \u00ednfimas; sin embargo, la mayor parte de la producci\u00f3n comercial implica m\u00e9todos sint\u00e9ticos y tiene su banda prohibida m\u00e1s ancha que el metal para mejorar las aplicaciones el\u00e9ctricas.<\/p>\n
Este proceso, conocido como m\u00e9todo Lely, utiliza un crisol de granito calentado a altas temperaturas de 2.700 grados Celsius para sublimar el silicio y el carbono en cristales de carburo de silicio -los cristales de carburo de silicio puro son incoloros; los productos industriales a veces contienen impurezas de hierro-. Una vez calentados a estas temperaturas, los cristales se depositan sobre grafito a temperaturas m\u00e1s bajas, convirti\u00e9ndose finalmente en productos de grado industrial (a-SiC) o metal\u00fargico (b-SiC).<\/p>\n
Los materiales fabricados con carburo de silicio tienen numerosas aplicaciones en diversos campos, desde los abrasivos y las herramientas de corte hasta la electr\u00f3nica de semiconductores y la producci\u00f3n de piezas de desgaste. Su dureza (9 en la escala de Mohs) los hace especialmente codiciados por las industrias metal\u00fargica y de refractarios, debido a sus cualidades anticorrosivas, as\u00ed como para soportar la corrosi\u00f3n y la resistencia a la abrasi\u00f3n, propiedades ideales que hacen que este resistente material sea ideal para la producci\u00f3n de piezas de desgaste. El carburo de silicio tambi\u00e9n posee excelentes cualidades de aislamiento el\u00e9ctrico, lo que lo hace adecuado para su uso en electr\u00f3nica gracias a su capacidad para soportar voltajes muy elevados: \u00a1perfecto para la fabricaci\u00f3n de piezas de desgaste!<\/p>\n
El carburo de silicio existe en dos polimorfos: a-SiC y b-SiC, cada uno con su propia estructura cristalina. El A-SiC es el m\u00e1s frecuente de los dos y presenta una estructura cristalina hexagonal similar a la wurtzita, mientras que el b-SiC suele presentar estructuras de blenda de zinc; ninguna de las dos formas de carburo de silicio es tan popular.<\/p>\n
El a-SiC es generalmente la forma industrial preferida del carburo de silicio y deber\u00eda ser su primera elecci\u00f3n para aplicaciones de alta temperatura. Aunque es m\u00e1s costoso, su dureza y conductividad t\u00e9rmica superiores lo hacen especialmente adecuado para estos usos. Adem\u00e1s, el dopaje puede endurecerlo a\u00fan m\u00e1s y mejorar la resistencia a la abrasi\u00f3n; entre las opciones de dopaje se incluyen las adiciones de nitr\u00f3geno, f\u00f3sforo o berilio.<\/p>\n
Su composici\u00f3n qu\u00edmica hace que el a-SiC sea ideal para su uso como cer\u00e1mica, un material inorg\u00e1nico. La cer\u00e1mica se confunde a menudo con el carburo de silicio debido a sus propiedades f\u00edsicas similares; sin embargo, los ingenieros mec\u00e1nicos suelen referirse a los cristalitos de a-SiC impuros unidos entre s\u00ed por varios bi\u00f3meros a alta presi\u00f3n y temperatura como cer\u00e1mica, mientras que los ingenieros el\u00e9ctricos utilizan el t\u00e9rmino para referirse a las obleas puras de este material.<\/p>\n
El carburo de silicio es un material extremadamente duro, s\u00f3lo superado por el diamante. Se encuentra de forma natural en la moissanita y se produce en masa desde 1893 como abrasivo. Los granos de este material tambi\u00e9n pueden unirse mediante sinterizaci\u00f3n para producir materiales cer\u00e1micos muy duros que se han utilizado en aplicaciones como frenos de autom\u00f3viles y chalecos antibalas, as\u00ed como en formas cer\u00e1micas transparentes conocidas como briquetas para su uso con diodos emisores de luz (LED).<\/p>\n
El carburo de silicio para su uso en metalurgia y refractarios se fabrica normalmente utilizando un horno de resistencia el\u00e9ctrica equipado con paredes conductoras de carbono. A continuaci\u00f3n, se hace pasar una corriente a trav\u00e9s de este conductor para iniciar una reacci\u00f3n qu\u00edmica entre el carbono del coque y la s\u00edlice de la arena, lo que da como resultado un polvo c\u00fabico puro de carburo de silicio de color amarillo claro.<\/p>\n
La producci\u00f3n de carburo de silicio sigue este m\u00e9todo general, aunque puede haber variaciones. Algunos fabricantes utilizan arcilla refractaria que se combina con polvo antes del calentamiento para evitar el crecimiento del cuello; otros procesos producen formas m\u00e1s densas infiltrando un cuerpo cocido con silicio gaseoso o l\u00edquido.<\/p>\n
La extrema dureza del carburo de silicio y su resistencia al desgaste, a las altas temperaturas y al choque t\u00e9rmico lo convierten en un material inestimable. El carburo de silicio desempe\u00f1a un papel importante en la producci\u00f3n de acero porque aumenta la eficacia de los hornos al producir hierro m\u00e1s puro. Adem\u00e1s, el carburo de silicio es un excelente material refractario por su resistencia al calor y al choque t\u00e9rmico.<\/p>\n
La resistencia, dureza y refractariedad del carburo de silicio lo convierten en un material indispensable para las muelas abrasivas utilizadas en el mecanizado de acero, \u00f3xidos de aluminio y cer\u00e1mica. Adem\u00e1s, su capacidad para soportar altas tensiones lo convierte en un candidato ideal para los motores y generadores de los veh\u00edculos el\u00e9ctricos; tambi\u00e9n es ideal para los alternadores de alta velocidad de los coches el\u00e9ctricos, ya que su uso ayuda a prolongar la distancia de conducci\u00f3n al tiempo que reduce el tama\u00f1o y el peso de los sistemas de almacenamiento de energ\u00eda.<\/p>\n
El carburo de silicio es uno de los materiales m\u00e1s duros conocidos por el hombre, pero otras de sus propiedades \u00fatiles son la resistencia qu\u00edmica y t\u00e9rmica, as\u00ed como su gran resistencia y durabilidad. Las propiedades semiconductoras hacen que el material sea especialmente atractivo, ya que permiten su uso en dispositivos electr\u00f3nicos que amplifican, conmutan o convierten se\u00f1ales dentro de un circuito el\u00e9ctrico. Adem\u00e1s, el carburo de silicio funciona a temperaturas y frecuencias m\u00e1s altas que los semiconductores de silicio tradicionales, lo que lo convierte en una opci\u00f3n superior para aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia.<\/p>\n
El carburo de silicio fue sintetizado artificialmente por primera vez por el qu\u00edmico Edward Goodrich Acheson en 1891 mientras intentaba fabricar diamantes haciendo pasar una corriente el\u00e9ctrica a trav\u00e9s de arcilla. En su lugar, Acheson descubri\u00f3 cristales negros duros parecidos al di\u00f3xido de silicio que se comercializaron como abrasivos industriales con su nombre original, carborundo.<\/p>\n
Los fabricantes utilizan un proceso controlado de alta temperatura para producir carburo de silicio monocristalino utilizando materiales de base con silicio y carbono de gran pureza, lo que suele hacerse mediante material de partida en polvo como materia prima para el crecimiento de los cristales en un entorno libre de contaminaci\u00f3n por aire o polvo.<\/p>\n
Los materiales de base se combinan en un horno y se someten a un calor y una presi\u00f3n intensos para producir un \u00fanico cristal semilla de gran di\u00e1metro. Este cristal semilla es esencial, ya que sus caracter\u00edsticas determinar\u00e1n lo que finalmente se convierta en carburo de silicio; por lo tanto, su calidad debe ser intachable. Adem\u00e1s, la concentraci\u00f3n del material de partida debe ajustarse con precisi\u00f3n para producir carburo de silicio de acuerdo con la estequiometr\u00eda deseada: tres \u00e1tomos de carbono por cada dos \u00e1tomos de silicio producidos en la producci\u00f3n de carburo de silicio.<\/p>\n
Tras enfriarse, el lingote se tritura y clasifica cuidadosamente, a veces se vuelve a moler, antes de tratarlo qu\u00edmicamente para conseguir caracter\u00edsticas espec\u00edficas para usos concretos. El material resultante es una cer\u00e1mica tenaz con una dureza excepcional de 9 en la escala de Mohs, muy resistente a la corrosi\u00f3n y qu\u00edmicamente inerte a la mayor\u00eda de los \u00e1lcalis y \u00e1cidos, y muy estable a altas temperaturas.<\/p>\n
Una vez cortados en obleas, estos lingotes se cortan en rodajas y se moldean mediante diversas t\u00e9cnicas para obtener productos adecuados para aplicaciones espec\u00edficas. Una vez finalizada la conformaci\u00f3n, el carburo de silicio sinterizado debe superar pruebas dimensionales e inspecciones para garantizar que cumple las normas de calidad antes de ser autorizado para su uso.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
El carburo de silicio (SiC) es un material duro y qu\u00edmicamente inerte muy utilizado como abrasivo y componente cer\u00e1mico en productos de alta resistencia. Disponible en varios tama\u00f1os de grano y formatos de aglutinante con diferentes niveles de pureza y densidades, el SiC se puede encontrar en todas partes, desde aplicaciones industriales hasta instalaciones de fabricaci\u00f3n de bienes de consumo. El SiC se produjo comercialmente por primera vez ...<\/p>\n