El carburo de silicio (SiC) es un s\u00f3lido intermet\u00e1lico que se sit\u00faa entre los metales (conductores de la electricidad) y los aislantes, con amplias bandas de separaci\u00f3n y gran movilidad de electrones, lo que lo convierte en un material atractivo para aplicaciones de electr\u00f3nica de potencia.<\/p>\n
La capacidad del silicio para resistir el ataque qu\u00edmico a altas temperaturas y su resistencia en una amplia gama de temperaturas lo hacen ideal para elementos calefactores de resistencia en hornos de semiconductores y termistores; sin embargo, a diferencia de los metales, no conduce la electricidad con tanta eficacia.<\/p>\n
El carburo de silicio (SiC) es un material extremadamente duro y resistente con muchas propiedades \u00fanicas que pueden adaptarse a diferentes aplicaciones. Como aislante a temperaturas bajas y conductor a temperaturas m\u00e1s altas, el carburo de silicio es un material excelente para aplicaciones a altas temperaturas, como refractarios y herramientas de corte, as\u00ed como para la fabricaci\u00f3n de semiconductores, componentes aeroespaciales y sistemas de gesti\u00f3n t\u00e9rmica.<\/p>\n
La fuerte estructura cristalina insoluble del carburo de silicio lo hace muy resistente a la corrosi\u00f3n y el desgaste. Con una dureza de 9 en la escala de Mohs, se sit\u00faa un escal\u00f3n por debajo del diamante en cuanto a dureza. El carburo de silicio se utiliza ampliamente como material abrasivo, adem\u00e1s de ser uno de los materiales sint\u00e9ticos m\u00e1s duros; su resistencia al impacto y al calor lo convierten en una materia prima esencial en la producci\u00f3n de acero, cer\u00e1mica refractaria y productos qu\u00edmicos inorg\u00e1nicos.<\/p>\n
El SiC es una sustancia insoluble de color gris a marr\u00f3n compuesta por cuatro tetraedros de silicio y carbono unidos mediante enlaces covalentes, lo que lo convierte en un material inorg\u00e1nico de gran durabilidad, resistente al ataque de \u00e1cidos y \u00e1lcalis y a temperaturas de hasta 1600degC. El SiC es un material excelente para rectificar otros carburos, cer\u00e1micas o metales no ferrosos que pueden ser m\u00e1s fr\u00e1giles o blandos que su material de superficie dura.<\/p>\n
El SiC poroso depende en gran medida de su composici\u00f3n qu\u00edmica, condiciones de procesamiento y microestructura; en concreto, de su poliotipo, nivel de dopaje, porosidad y composici\u00f3n de aditivos (nitruros y carburos met\u00e1licos). Adem\u00e1s, la atm\u00f3sfera de sinterizaci\u00f3n tiene un profundo impacto en su conductividad el\u00e9ctrica al cambiar la estructura de la fase cristalina y alterar las transiciones de b a a.<\/p>\n
Recientemente, un equipo de investigaci\u00f3n estudi\u00f3 la influencia de la atm\u00f3sfera de sinterizaci\u00f3n en la conductividad el\u00e9ctrica del SiC poroso con una composici\u00f3n de Y2O3 + AlN. Su investigaci\u00f3n determin\u00f3 que el sinterizado con Ar resultaba superior para reducir su conductividad en comparaci\u00f3n con el sinterizado al vac\u00edo, debido a la reducci\u00f3n de las tasas de transformaci\u00f3n de b a a y al dopaje con N del material sinterizado.<\/p>\n
El coeficiente Seebeck del SiC puro oscila entre -70 y -200 uV K-1, mientras que el polvo de SiC comercial contiene impurezas de N procedentes del aire que hacen que su conductividad sea de tipo n. Sin embargo, su conductividad puede modificarse a tipo p a\u00f1adiendo un aditivo de 3-5% C. Sin embargo, su conductividad puede alterarse a tipo p a\u00f1adiendo aditivo 3-5% C.<\/p>\n
La temperatura desempe\u00f1a un papel fundamental en la conductividad el\u00e9ctrica del carburo de silicio. A temperaturas m\u00e1s bajas, el carburo de silicio se comporta m\u00e1s como un aislante, resistiendo el flujo de electricidad; a temperaturas m\u00e1s altas, sin embargo, su estructura cristalina permite que los fonones se muevan m\u00e1s libremente y que la electricidad pase m\u00e1s f\u00e1cilmente.<\/p>\n
El carburo de silicio puede modificarse para que muestre propiedades semiconductoras mediante la adici\u00f3n cuidadosa de impurezas o dopantes, incluyendo aluminio, boro o galio como dopantes; el dopaje con nitr\u00f3geno o f\u00f3sforo producir\u00e1 un semiconductor de tipo N.<\/p>\n
Las propiedades del carburo de silicio lo convierten en un material inestimable para dispositivos de alta potencia y aplicaciones industriales de vanguardia. Adem\u00e1s, su resistencia a la corrosi\u00f3n qu\u00edmica y al desgaste lo convierten en un material vers\u00e1til adecuado para usos de vanguardia.<\/p>\n
Para comprender mejor c\u00f3mo afecta la temperatura a la conductividad del carburo de silicio, los investigadores han estudiado varios compuestos y fibras. Por ejemplo, han comparado la conductividad el\u00e9ctrica de las fibras de SiC producidas mediante infiltraci\u00f3n qu\u00edmica de vapor con las creadas mediante impregnaci\u00f3n-pir\u00f3lisis polim\u00e9rica (PIP). Sus resultados demostraron variaciones significativas entre las conductividades t\u00e9rmicas de los materiales PIP-SiC y CVI-SiC que oscilan entre 20 y 1000 grados Celsius.<\/p>\n
Los investigadores tambi\u00e9n analizaron el efecto del contenido de carbono en la conductividad del material. Observaron que el sinterizado de las muestras en Ar reduc\u00eda m\u00e1s la resistividad el\u00e9ctrica debido a la reducci\u00f3n de la transici\u00f3n de fase b a a y al dopado con N de las muestras que el sinterizado al vac\u00edo.<\/p>\n
La conductividad t\u00e9rmica tambi\u00e9n mejor\u00f3 al aumentar la cantidad de carbono a\u00f1adido, posiblemente porque el exceso de carbono forma una soluci\u00f3n s\u00f3lida en la red de SiC que permite un flujo de fonones m\u00e1s libre. Adem\u00e1s, la sinterizaci\u00f3n puede alterar los par\u00e1metros reticulares del cristal de SiC y ser uno de los factores por los que las muestras de C-SiC y Si-SiC presentaban coeficientes Seebeck m\u00e1s elevados que sus hom\u00f3logas de SiC puro.<\/p>\n
El carburo de silicio es un material extremadamente duro, resistente a los productos qu\u00edmicos y termoconductor, con excelentes propiedades de conductividad t\u00e9rmica, que se utiliza en todos los sectores: tribol\u00f3gico, el\u00e9ctrico, mec\u00e1nico y nuclear. Gracias a sus bajos \u00edndices de fricci\u00f3n y desgaste, permite operaciones con menor potencia (P) pero mayor velocidad o velocidad de rotaci\u00f3n (V), lo que lo hace especialmente \u00fatil en elementos de sellado mec\u00e1nico que deben soportar tanto cargas de compresi\u00f3n como altas velocidades de deslizamiento.<\/p>\n
Sin embargo, la conductividad intr\u00ednseca del carburo de silicio hexagonal de tipo n es baja; para aumentarla a\u00fan m\u00e1s y mejorar m\u00e1s la conductividad, debe aumentar la porosidad mediante t\u00e9cnicas de fase l\u00edquida a baja presi\u00f3n (LPP), como el uso de 0,01 bares de presi\u00f3n en LPP para crear poros en los cristales, mucho m\u00e1s barato que los m\u00e9todos tradicionales, como el prensado isost\u00e1tico en caliente, al tiempo que se obtienen productos de carburo de silicio poroso de mayor calidad.<\/p>\n
La estructura porosa del carburo de silicio permite el libre paso de los electrones, lo que disminuye su resistencia el\u00e9ctrica y aumenta su conductividad. Este efecto se consigue a trav\u00e9s de los niveles de energ\u00eda que se forman cerca de su banda prohibida, que pueden alterarse utilizando diversos aditivos, como aceptores de C y N2, para reducir la resistividad el\u00e9ctrica, mientras que los donantes de B y V la aumentan.<\/p>\n
Para lograr la porosidad deseada, es fundamental gestionar cuidadosamente los par\u00e1metros de sinterizaci\u00f3n. Adem\u00e1s, el proceso debe llevarse a cabo en condiciones que preserven la integridad de la microestructura, por ejemplo, a\u00f1adiendo pol\u00edmeros fugitivos al lote bruto. Esto nos permite controlar el tama\u00f1o, la forma y la cantidad de los poros y controlar la porosidad durante la sinterizaci\u00f3n; de ah\u00ed el t\u00e9rmino carburo de silicio de porosidad controlada o PCSSC.<\/p>\n
Una de las principales aplicaciones del SiC poroso son las juntas mec\u00e1nicas de estanqueidad, que deben resistir condiciones de alta FV y velocidad de deslizamiento, as\u00ed como fluctuaciones de temperatura. Estas propiedades convierten al SiC poroso en un componente inestimable no s\u00f3lo para los sellos mec\u00e1nicos, sino tambi\u00e9n para muchas otras aplicaciones que exigen bajos \u00edndices de fricci\u00f3n\/desgaste, algo que hasta hace poco no era f\u00e1cil de conseguir con los materiales disponibles en el mercado.<\/p>\n
El carburo de silicio puede modificarse para producir diferentes propiedades el\u00e9ctricas mediante el dopaje. El dopaje consiste en a\u00f1adir impurezas a su estructura cristalina que crean m\u00e1s portadores de carga libres (electrones o huecos). El dopaje puede aumentar o disminuir la conductividad el\u00e9ctrica del carburo de silicio; el dopaje se practica ampliamente en la industria de los semiconductores como medio eficaz para regular las caracter\u00edsticas del material.<\/p>\n
El dopaje del carburo de silicio consiste en introducir impurezas con un n\u00famero de electrones de valencia inferior al de los \u00e1tomos de SiC en su estructura cristalina, lo que crea un estado de electrones vac\u00edos en su banda prohibida que puede llenarse con electrones excitados t\u00e9rmicamente de su banda de valencia; este proceso produce lo que se conoce como un semiconductor de tipo N; para cambiar a\u00fan m\u00e1s estas propiedades, se puede formar un semiconductor de tipo p sustituyendo algunos \u00e1tomos de SiC por otros con m\u00e1s electrones de valencia, como los \u00e1tomos de Al, Be, Boro o Galio, que pueden producir efectos similares; a su vez, esto crea un semiconductor de tipo N que tambi\u00e9n puede resultar en un semiconductor dopado.<\/p>\n
La mayor\u00eda de los dispositivos semiconductores combinan semiconductores de tipo N y de tipo p en una uni\u00f3n PN y la hacen funcionar bajo polarizaci\u00f3n directa para aumentar la conductividad el\u00e9ctrica induciendo el flujo de electrones de un semiconductor a otro a trav\u00e9s del potencial incorporado positivo inducido por la polarizaci\u00f3n directa del semiconductor de tipo p para que fluya m\u00e1s libremente hacia el semiconductor de tipo N, aumentando la conductividad el\u00e9ctrica.<\/p>\n
La conducci\u00f3n \u00f3hmica se produce cuando la energ\u00eda de los electrones se disipa dentro de un material semiconductor para generar calor, aumentando la conductividad el\u00e9ctrica de su conductividad el\u00e9ctrica y, por tanto, la temperatura de un dispositivo puede alterarse cambiando el voltaje aplicado.<\/p>\n
La conductividad el\u00e9ctrica del carburo de silicio poroso depende de diversas variables, como la concentraci\u00f3n de dopantes, la temperatura y el campo el\u00e9ctrico. Un estudio sobre dos tipos de carburo de silicio poroso demostr\u00f3 que el 4H-SiC ten\u00eda mayor conductividad que el 6H-SiC; adem\u00e1s, los dopantes y la porosidad afectan significativamente a su conductividad.<\/p>\n
El carburo de silicio poroso se utiliza con mayor frecuencia en compuestos y fibras, mientras que sus aplicaciones m\u00e1s populares implican compuestos hechos con matrices que contienen s\u00edlice y metales y fibras ricas en carbono creadas mediante infiltraci\u00f3n qu\u00edmica de vapor o procesos de impregnaci\u00f3n-pir\u00f3lisis de pol\u00edmeros. Diferentes empresas venden distintos tipos de carburo de silicio seg\u00fan la aplicaci\u00f3n y las propiedades deseadas; por ejemplo, Matmatch dispone de una amplia gama de productos de varios fabricantes de carburo de silicio.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Silicon carbide (SiC) is an intermetallic solid that lies somewhere between metals (which conduct electricity) and insulators, with wide band gaps and high electron mobility, making it an attractive material choice for power electronics applications. Silicon’s ability to resist chemical attack at high temperatures and its strength across a broad temperature range make it ideal …<\/p>\n