Carburo di silicio Densità

Solo gli abrasivi in diamante e nitruro di boro cubico (B4C) sono più duri del SiC e offrono eccezionali proprietà di resistenza, durata e conduttività termica.

La fluorite cristallina forma cristalli iridescenti di colore dal giallo al verde e al nero-bluastro che sublimano a 2700°C e si depositano sulla grafite a temperature inferiori con il metodo di Lely.

Densità

Il carburo di silicio (SiC) è un composto cristallino di silicio e carbonio eccezionalmente duro, prodotto sinteticamente, con un grado di durezza estremamente elevato (9 su scala Mohs). La sua densità è di 3,21 g cm-3 e sublima a 2700°C; i suoi colori variano dal giallo-verde al nero-bluastro con proprietà iridescenti; questo materiale presenta una bassa espansione termica, pur rimanendo resistente alla corrosione chimica, all'ossidazione e alle alte temperature.

La bassa espansione termica e la rigidità rendono il vetro borosilicato un materiale ideale per l'impiego in applicazioni che richiedono la tolleranza ad ambienti difficili come le alte temperature o la tensione, come le applicazioni industriali di molatura, taglio e lucidatura. Inoltre, le sue proprietà abrasive lo rendono utile anche nelle applicazioni di molatura industriale. Inoltre, la sua bassa densità e la resistenza all'abrasione lo rendono adatto per i componenti ottici degli specchi dei telescopi.

Come materiale semiconduttore, l'ampio band-gap del SiC gli consente di condurre l'elettricità a velocità più elevate e con maggiore flessibilità rispetto ai semiconduttori di silicio standard, rendendolo adatto ai dispositivi elettronici che amplificano, commutano o convertono i segnali elettrici.

Edward G. Acheson fu il primo a produrre artificialmente carburo di silicio nel 1891 riscaldando una miscela di argilla e coke in polvere in una ciotola di ferro con una normale lampada ad arco di carbonio, sorprendendosi dei cristalli verdi brillanti attaccati al suo elettrodo e soprannominandoli carburetum per la loro somiglianza con le forme minerali naturali di corindone (allumina). La scoperta di Acheson fu replicata indipendentemente in Francia da Henri Moissan nel 1905 - le gemme di moissanite presenti in natura all'interno delle meteoriti di Canyon Diablo sono talvolta utilizzate come pietre preziose.

La forza

Il carburo di silicio è una ceramica non ossidata, dura e fragile, con eccellenti proprietà meccaniche. È in grado di sopportare temperature elevate, pur rimanendo resistente ad acidi, alcali e sali fusi, il che lo rende adatto ad applicazioni complesse come le batterie. Inoltre, il carburo di silicio ha un coefficiente di espansione termica molto basso, è chimicamente inerte e vanta eccellenti proprietà di resistenza all'abrasione.

Dal 1893, la polvere di carburo di silicio viene prodotta in massa come abrasivo da utilizzare nelle mole, negli utensili da taglio e nei materiali refrattari. La tecnologia di sinterizzazione consente di formare ceramiche più dure, utilizzate nei freni e nelle frizioni delle automobili e nelle piastre dei giubbotti antiproiettile; allo stesso modo, le gemme sintetiche di moissanite possono essere tagliate con questo processo e i grandi cristalli singoli cresciuti con il metodo Lely.

La sua estrema resistenza è dovuta alla formazione di strutture tetraedriche di carbonio e silicio tenute insieme da legami covalenti nel suo reticolo cristallino. Il diamante è una delle sostanze naturali più dure ed è stato il materiale sintetico più duro fino a quando il nitruro di boro non è diventato ampiamente disponibile nel 1929; oggi serve come abrasivo primario sia nella carta vetrata che nelle mole.

Il carburo di silicio sinterizzato (SiC) viene prodotto attraverso la reazione tra silicio fuso e carbonio a temperature estremamente elevate e droganti aggiuntivi come azoto o fosforo. Per ulteriori applicazioni di drogaggio, come l'alluminio, il gallio e il boro.

Rigidità

La rigidità del carburo di silicio lo rende ideale per molte applicazioni ad alta resistenza, compresa la resistenza agli shock termici. Inoltre, il carburo di silicio resiste agli acidi e agli alcali per l'uso in ambienti chimici difficili.

Il carburo di silicio si distingue come materiale particolarmente versatile per la sua durata, ma un altro vantaggio che possiede è che può funzionare come semiconduttore quando viene drogato con alcune impurità. I drogaggi di alluminio, boro e gallio diventano semiconduttori di tipo p, mentre i drogaggi di azoto e fosforo producono un semiconduttore di tipo n.

I semiconduttori al carburo di silicio vantano un ampio bandgap che consente loro di trasportare l'energia elettrica in modo più efficiente rispetto ai semiconduttori convenzionali, rendendoli particolarmente adatti a dispositivi ad alta frequenza/tensione come l'elettronica di potenza utilizzata nei veicoli elettrici e nelle centrali elettriche.

Il carburo di silicio è una ceramica tecnica avanzata composta da silicio e carbonio, uniti da forti legami covalenti a formare una struttura esagonale. Essendo un materiale tecnico avanzato con proprietà meccaniche e isolanti superiori, può essere fabbricato in varie forme e dimensioni per soddisfare diverse applicazioni - persino armature antiproiettile! Grazie alla sua natura dura, i proiettili non possono penetrare la sua superficie. Inoltre, questo materiale ha eccellenti qualità di resilienza agli urti, è incombustibile e non reagisce rapidamente con le molecole di aria o acqua.

Conduttività termica

L'eccellente conducibilità termica e la bassa espansione termica del carburo di silicio lo rendono un materiale eccellente per le applicazioni di dissipazione del calore, compresi gli sbalzi di temperatura. Inoltre, il suo basso punto di fusione gli consente di resistere alle alte temperature senza deformarsi o subire reazioni chimiche: due proprietà che lo rendono un materiale eccellente.

Il carburo di silicio è una ceramica dura, non combustibile, con un aspetto che va dal giallo-verde al nero-bluastro, incombustibile e non solubile in acqua. Tuttavia, può essere disperso attraverso gli alcali (NaOH e KOH) e i sali fusi a temperature superiori a 2350degC prima di reagire con il cloro ad alte temperature per formare biossido di silicio.

Il cerio ha un'attraente struttura a pacchetti ravvicinati, costituita da due tetraedri di coordinazione primaria composti da atomi di carbonio e silicio legati tra loro in stretta prossimità. Ciascuno dei tetraedri di coordinazione primaria si lega a quattro vicini per formare strutture politipiche, note come politipi, che si impilano in modi diversi per formare strutture cristalline diverse con proprietà distinte.

Il carburo di silicio (SiC) è più frequentemente visto come una lega con struttura cristallina di zinco blenda simile alla Wurtzite; tuttavia, il b-SiC con una struttura di zinco blenda equivalente ha iniziato a guadagnare terreno sul mercato. Quando si sceglie il SiC per qualsiasi applicazione, è fondamentale scegliere un grado appropriato in base all'applicazione prevista e alla disponibilità del grado.