Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un solido intermetallico che si colloca a met\u00e0 strada tra i metalli (che conducono l'elettricit\u00e0) e gli isolanti, con ampie lacune di banda ed elevata mobilit\u00e0 degli elettroni, che lo rendono un materiale interessante per le applicazioni dell'elettronica di potenza.<\/p>\n
La capacit\u00e0 del silicio di resistere agli attacchi chimici ad alte temperature e la sua forza in un ampio intervallo di temperature lo rendono ideale per gli elementi riscaldanti a resistenza nei forni per semiconduttori e nei termistori; tuttavia, a differenza dei metalli, non conduce l'elettricit\u00e0 in modo altrettanto efficiente.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un materiale estremamente duro e resistente con molte propriet\u00e0 uniche che possono essere adattate a diverse applicazioni. Essendo un isolante a basse temperature e un conduttore a temperature pi\u00f9 elevate, il SiC \u00e8 un materiale eccellente per le applicazioni ad alta temperatura, come i refrattari e gli utensili da taglio, nonch\u00e9 per la produzione di semiconduttori, componenti aerospaziali e sistemi di gestione termica.<\/p>\n
La struttura cristallina forte e insolubile del carburo di silicio lo rende altamente resistente alla corrosione e all'usura. Con una durezza su scala Mohs di 9, si colloca appena un gradino sotto il diamante in termini di durezza. Il carburo di silicio \u00e8 ampiamente utilizzato come materiale abrasivo ed \u00e8 uno dei materiali sintetici pi\u00f9 duri; la resistenza agli urti e al calore lo rendono una materia prima essenziale per la produzione di acciaio, ceramiche refrattarie e prodotti chimici inorganici.<\/p>\n
Il SiC \u00e8 una sostanza insolubile di colore grigio-marrone composta da quattro tetraedri di silicio e carbonio legati tra loro da legami covalenti, che costituiscono un materiale inorganico di grande durata, resistente all'attacco di acidi e alcali e a temperature fino a 1600degC. Il SiC \u00e8 un materiale eccellente per la rettifica di altri carburi, ceramiche o metalli non ferrosi che possono essere pi\u00f9 fragili o morbidi rispetto alla sua superficie dura.<\/p>\n
Il SiC poroso dipende fortemente dalla sua composizione chimica, dalle condizioni di lavorazione e dalla microstruttura; in particolare dal politipo, dal livello di drogaggio, dalla porosit\u00e0 e dalla composizione degli additivi (nitruri e carburi metallici). Inoltre, l'atmosfera di sinterizzazione ha un profondo impatto sulla sua conducibilit\u00e0 elettrica, cambiando la struttura della fase cristallina e alterando le transizioni b-a.<\/p>\n
Recentemente, un gruppo di ricercatori ha studiato l'influenza dell'atmosfera di sinterizzazione sulla conducibilit\u00e0 elettrica del SiC poroso con composizione Y2O3 + AlN. L'indagine ha stabilito che la sinterizzazione in Ar si \u00e8 dimostrata superiore per l'abbassamento della conduttivit\u00e0 rispetto alla sinterizzazione sotto vuoto, a causa della riduzione dei tassi di trasformazione da b ad A e del drogaggio di N nel materiale sinterizzato.<\/p>\n
Il coefficiente di Seebeck del SiC puro \u00e8 compreso tra -70 e -200 uV K-1, mentre la polvere di SiC commerciale contiene impurit\u00e0 N provenienti dall'aria che ne determinano la conduzione di tipo n. Tuttavia, la sua conduttivit\u00e0 pu\u00f2 essere modificata in tipo p aggiungendo l'additivo 3-5% C.<\/p>\n
La temperatura gioca un ruolo fondamentale nella conducibilit\u00e0 elettrica del carburo di silicio. A temperature pi\u00f9 basse, il carburo di silicio si comporta come un isolante, resistendo al flusso di elettricit\u00e0; a temperature pi\u00f9 elevate, invece, la sua struttura cristallina permette ai fononi di muoversi pi\u00f9 liberamente, consentendo all'elettricit\u00e0 di passare pi\u00f9 facilmente.<\/p>\n
Il carburo di silicio pu\u00f2 essere modificato per mostrare propriet\u00e0 semiconduttive attraverso l'aggiunta accurata di impurit\u00e0 o droganti, tra cui alluminio, boro o gallio come droganti; il drogaggio con azoto o fosforo produrr\u00e0 un semiconduttore di tipo N.<\/p>\n
Le propriet\u00e0 del carburo di silicio lo rendono un materiale prezioso per dispositivi ad alta potenza e applicazioni industriali all'avanguardia. Inoltre, la sua resistenza alla corrosione chimica e all'usura lo rende un materiale versatile e adatto a un uso all'avanguardia.<\/p>\n
Per capire meglio come la temperatura influenzi la conduttivit\u00e0 del carburo di silicio, i ricercatori hanno studiato diversi compositi e fibre per ottenere maggiori informazioni. Ad esempio, hanno confrontato la conducibilit\u00e0 elettrica delle fibre di SiC prodotte tramite infiltrazione chimica da vapore con quelle create tramite polimero-impregnazione-pirolisi (PIP). I risultati hanno dimostrato variazioni significative tra le conduttivit\u00e0 termiche dei materiali PIP-SiC e CVI-SiC, che vanno da 20 a 1000 gradi centigradi.<\/p>\n
I ricercatori hanno anche analizzato l'effetto del contenuto di carbonio sulla conduttivit\u00e0 del materiale. Hanno osservato che la sinterizzazione dei campioni in Ar \u00e8 riuscita a ridurre la resistivit\u00e0 elettrica grazie alla riduzione della transizione di fase b-a e alla drogatura N dei campioni rispetto alla sinterizzazione sotto vuoto.<\/p>\n
Anche la conduttivit\u00e0 termica \u00e8 migliorata con l'aggiunta di quantit\u00e0 crescenti di carbonio, forse perch\u00e9 il carbonio in eccesso forma una soluzione solida nel reticolo del SiC che consente un flusso di fononi pi\u00f9 libero. Inoltre, la sinterizzazione pu\u00f2 alterare i parametri reticolari del cristallo di SiC ed essere uno dei motivi per cui i campioni di C-SiC e Si-SiC presentano coefficienti di Seebeck pi\u00f9 elevati rispetto alle loro controparti di SiC puro.<\/p>\n
Il carburo di silicio \u00e8 un materiale estremamente duro, resistente agli agenti chimici e con eccellenti propriet\u00e0 di conducibilit\u00e0 termica, utilizzato in tutti i settori: tribologico, elettrico, meccanico e nucleare. Grazie ai suoi bassi tassi di attrito e di usura, consente di operare con una potenza (P) inferiore ma con una velocit\u00e0 o una velocit\u00e0 di rotazione (V) superiore, il che lo rende particolarmente utile nelle tenute meccaniche che devono sopportare carichi di compressione e velocit\u00e0 di scorrimento elevate.<\/p>\n
Tuttavia, la conduttivit\u00e0 intrinseca del carburo di silicio esagonale di tipo n \u00e8 bassa; per aumentarla ulteriormente e migliorare la conduttivit\u00e0, \u00e8 necessario aumentare la porosit\u00e0 attraverso tecniche di fase liquida a bassa pressione (LPP), come l'utilizzo di una pressione di 0,01 bar a LPP per creare pori nei cristalli - molto pi\u00f9 economici dei metodi tradizionali come la pressatura isostatica a caldo, pur producendo prodotti di carburo di silicio porosi di qualit\u00e0 superiore.<\/p>\n
La struttura porosa del carburo di silicio consente il libero passaggio degli elettroni, diminuendo cos\u00ec la resistenza elettrica e aumentando la conduttivit\u00e0. Questo effetto si ottiene grazie ai livelli energetici che si formano in prossimit\u00e0 del band gap e che possono essere modificati utilizzando vari additivi, come gli accettori C e N2 per ridurre la resistivit\u00e0 elettrica, mentre i donatori B e V la aumentano.<\/p>\n
Per ottenere la porosit\u00e0 desiderata, \u00e8 fondamentale gestire attentamente i parametri di sinterizzazione. Inoltre, il processo deve avvenire in condizioni che preservino l'integrit\u00e0 della microstruttura, ad esempio aggiungendo fughe di polimeri nel lotto grezzo. Questo ci permette di controllare la dimensione, la forma e la quantit\u00e0 dei pori e di controllare la porosit\u00e0 durante la sinterizzazione; da qui il termine carburo di silicio a porosit\u00e0 controllata o PCSSC.<\/p>\n
Una delle applicazioni principali per il SiC poroso sono i componenti delle tenute meccaniche, che devono resistere a condizioni di elevata velocit\u00e0 PV e di scorrimento, tenendo conto anche delle fluttuazioni di temperatura. Queste propriet\u00e0 rendono il SiC poroso un componente prezioso non solo per le tenute meccaniche, ma anche per molte altre applicazioni che richiedono bassi tassi di attrito\/usura, un aspetto che fino a poco tempo fa i materiali disponibili in commercio non erano in grado di soddisfare; grazie alla nuova tecnologia, tuttavia, \u00e8 ora disponibile una generazione di PCSSC adatta a un'ampia variet\u00e0 di applicazioni industriali.<\/p>\n
Il carburo di silicio pu\u00f2 essere modificato per ottenere diverse propriet\u00e0 elettriche attraverso il drogaggio. Il drogaggio comporta l'aggiunta di impurit\u00e0 nella struttura cristallina che creano un maggior numero di portatori di carica liberi (elettroni o buchi). Il drogaggio pu\u00f2 aumentare o diminuire la conducibilit\u00e0 elettrica del carburo di silicio; il drogaggio \u00e8 ampiamente praticato nell'industria dei semiconduttori come mezzo efficace per regolare le caratteristiche del materiale.<\/p>\n
Il drogaggio del carburo di silicio comporta l'introduzione nella sua struttura cristallina di impurezze con un numero di elettroni di valenza inferiore a quello degli atomi di SiC, creando uno stato di vuoto nella sua banda passante che pu\u00f2 essere riempito da elettroni termicamente eccitati provenienti dalla sua banda di valenza; questo processo produce quello che \u00e8 noto come semiconduttore di tipo N; per modificare ulteriormente queste propriet\u00e0 si pu\u00f2 formare un semiconduttore di tipo p sostituendo alcuni atomi di SiC con altri con un maggior numero di elettroni di valenza, come ad esempio gli atomi di Al, Be, Boro o Gallio, che possono produrre effetti simili; a loro volta, questo crea un semiconduttore di tipo N, che pu\u00f2 anche risultare un semiconduttore drogato.<\/p>\n
La maggior parte dei dispositivi a semiconduttore combina semiconduttori di tipo N e di tipo p in una giunzione PN e la fa funzionare sotto polarizzazione in avanti per aumentare la conduttivit\u00e0 elettrica inducendo il flusso di elettroni da un semiconduttore all'altro attraverso il potenziale positivo incorporato nel semiconduttore di tipo p indotto dalla polarizzazione in avanti, in modo da farli fluire pi\u00f9 liberamente nel semiconduttore di tipo N, aumentando la conduttivit\u00e0 elettrica.<\/p>\n
La conduzione ohmica si verifica quando l'energia degli elettroni viene dissipata all'interno di un materiale semiconduttore per generare calore, aumentando la conducibilit\u00e0 elettrica del dispositivo e quindi la temperatura di quest'ultimo pu\u00f2 essere modificata modificando la tensione applicata.<\/p>\n
La conducibilit\u00e0 elettrica del carburo di silicio poroso dipende da diverse variabili, come la concentrazione di drogaggio, la temperatura e il campo elettrico. Uno studio su due tipi di carburo di silicio poroso ha mostrato che il 4H-SiC ha una conducibilit\u00e0 pi\u00f9 elevata del 6H-SiC; inoltre, i droganti e la porosit\u00e0 influiscono in modo significativo sulla conducibilit\u00e0.<\/p>\n
Il carburo di silicio poroso \u00e8 pi\u00f9 spesso utilizzato nei compositi e nelle fibre, mentre le sue applicazioni pi\u00f9 popolari riguardano i compositi realizzati con matrici contenenti silice e metallo e le fibre ricche di carbonio create tramite infiltrazione di vapore chimico o processi di impregnazione-pirolisi dei polimeri. Diverse aziende commercializzano diversi tipi di carburo di silicio a seconda dell'applicazione e delle propriet\u00e0 desiderate; Matmatch, ad esempio, dispone di un'ampia gamma di prodotti di vari produttori di carburo di silicio.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un solido intermetallico che si colloca a met\u00e0 strada tra i metalli (che conducono l'elettricit\u00e0) e gli isolanti, con ampie lacune di banda ed elevata mobilit\u00e0 degli elettroni, che lo rendono un materiale interessante per le applicazioni dell'elettronica di potenza. La capacit\u00e0 del silicio di resistere agli attacchi chimici ad alte temperature e la sua forza in un ampio intervallo di temperature lo rendono ideale ...<\/p>\n