Carburo de silicio en polvo

El polvo de carburo de silicio es un material abrasivo y refractario extremadamente duradero que se utiliza en la producción de dispositivos electrónicos a alta temperatura.

La producción consiste en calentar arena de sílice con fuentes de carbono como el coque de petróleo en un horno de arco eléctrico para formar carburos de silicio negros y verdes; el sílice negro tiene impurezas de hierro, lo que produce tonos más oscuros en su acabado.

Propiedades

El carburo de silicio (SiC) es un mineral industrial compuesto de silicio y carbono que ha encontrado una amplia aplicación industrial como abrasivo, desde papel de lija y muelas abrasivas hasta revestimientos de hornos industriales y placas cerámicas para chalecos antibalas, así como sustratos semiconductores para diodos emisores de luz (LED). El SiC también se encuentra de forma natural como mineral moissanita. El SiC también puede encontrarse de forma natural como mineral moissanita. El SiC también puede encontrarse de forma natural como moissanita. El SiC tiene muchas aplicaciones, entre ellas su uso como revestimiento refractario para hornos industriales, así como placas cerámicas utilizadas con chalecos antibalas para diodos emisores de luz, incluso existe de forma natural como mineral moissanita.

El aluminio presenta una excelente resistencia a la abrasión, soportando temperaturas de hasta 1.400 ºC sin que se degrade significativamente su resistencia. Además, su resistencia a la corrosión se extiende a los ácidos, sales y álcalis inorgánicos más comunes; sin embargo, puede corroerse en determinadas circunstancias, como al entrar en contacto con fluoruros ácidos o ácidos fluorhídricos.

El SiC es un material aislante de la electricidad con alta resistencia a la tracción y bajo peso específico que posee propiedades tanto de estabilidad química como de aislamiento eléctrico, ofreciendo una buena estabilidad química así como características no magnéticas. Funde a 2080 ºC. La estructura compacta del SiC permite la coordinación tetraédrica entre los átomos de silicio y carbono para obtener una elevada relación resistencia-peso y propiedades de conductividad térmica.

Los polvos de carburo de silicio pueden fabricarse con distintos niveles de pureza, estructuras cristalinas y tamaños de partícula. Pueden producirse mediante diversos procesos -reducción carbotérmica mediante el proceso de Acheson o la conversión de polímeros, así como reacciones químicas en fase gaseosa a alta temperatura- con diversos métodos que conducen a su creación. Una vez preparados, estos polvos pueden utilizarse en la fabricación de artículos cerámicos como formas refractarias para hornos industriales o elementos de aislamiento eléctrico para dispositivos electrónicos como microprocesadores.

Aplicaciones

El polvo de carburo de silicio puede utilizarse en numerosas aplicaciones. Como material muy duro con una conductividad térmica y una resistencia química superiores, el carburo de silicio soporta temperaturas extremas que van desde el vidrio fundido hasta los 1.400degC (2.552degF). El carburo de silicio suele formar parte de materiales refractarios como la cerámica, el vidrio y las paredes de los hornos, e incluso las muelas y el papel de lija se fabrican con este aditivo. Además, el carburo de silicio sirve como material integral en semiconductores de alta temperatura y aplicaciones electrónicas.

El carbono también puede encontrarse en materiales compuestos como el carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (CFRC), que suele emplearse en frenos de automóviles y chalecos antibalas por su excelente resistencia a la tracción y su capacidad para soportar impactos a gran velocidad.

La sílice sinterizada suele producirse mediante sinterización a alta presión a temperaturas de hasta 11.000 ºC (1.815 ºF). El producto final presenta una estructura extremadamente compacta, compuesta por cuatro átomos de silicio y cuatro de carbono unidos en una disposición tetraédrica, propiedades no magnéticas y puede resistir la mayoría de los productos químicos, incluidos los hidrocarburos alifáticos, los álcalis, los ácidos orgánicos y las sales fundidas; sin embargo, no puede soportar agentes oxidantes fuertes, como el ácido fluorhídrico y el fluoruro de potasio.

Preparación

El carburo de silicio es un material refractario extremadamente duro que se utiliza en aplicaciones como muelas abrasivas, piedras de afilar, herramientas de corte, chorro de arena, cortadores de chorro de agua y cerámica. Además, desempeña un papel integral en los hornos de alta temperatura utilizados para cocer vidrios y cerámicas a altas temperaturas. Está disponible en varios tamaños de partícula para usos específicos, así como en las formas blanca y negra, siendo las más populares la primera (estructura cristalina de wurtzita) y la segunda (blenda de zinc).

El polvo de a-SiC tiene una estructura cristalina hexagonal y una dureza Mohs de 7. Puede soportar condiciones extremas gracias a su elevado punto de fusión y su fuerte conductividad térmica, y no presenta problemas de toxicidad ni características insolubles en agua o alcohol. Además, su resistencia a los ácidos orgánicos, álcalis, sales y fluoruros ácidos lo hace adecuado para muchos usos en la industria y aplicaciones de ingeniería.

Las aplicaciones avanzadas requieren la producción de cristales individuales de b-SiC de mayor tamaño mediante el método Lely, para que puedan tallarse en gemas conocidas como moissanita sintética. El SiC también se puede unir con resinas o polímeros para formar fibras de refuerzo de metales y otros materiales.

La invención se refiere a un proceso para fabricar polvos de b-SiC mezclando una fuente de Si que comprende Si y C con un exceso de carbono, calentando la composición y, a continuación, filtrándola, lavándola y secándola. Una vez completado, estos polvos de b-SiC pueden pulverizarse fácilmente mediante procesos posteriores como el filtrado lavado secado.

Almacenamiento

El carburo de silicio es una de las sustancias más duras del mundo, rivalizando en dureza con el diamante y el carburo de boro. Utilizado en aplicaciones que exigen propiedades térmicas y mecánicas como materiales resistentes al desgaste, refractarios, cerámicas, semiconductores y abrasivos semiconductores y aplicaciones resistentes al desgaste; revestimientos resistentes al desgaste; resistencia al choque térmico; bajos índices de expansión térmica y alta conductividad eléctrica, el carburo de silicio ofrece propiedades excepcionales de resistencia, durabilidad y conductividad eléctrica que lo convierten en una opción de material versátil.

Las industrias aeroespaciales dependen en gran medida de los componentes de polvo de SiC que soportan calor y presión extremos, incluidos los sistemas de frenos utilizados en los automóviles para mejorar el rendimiento al tiempo que se reduce el desgaste de rotores y tambores. Por su parte, la industria de semiconductores lo utiliza en equipos de procesamiento de obleas para gestionar mejor el calor, así como en placas cerámicas para chalecos antibalas que protegen a los soldados de impactos a alta velocidad.

El carburo de silicio negro se fabrica en un horno eléctrico de resistencia a altas temperaturas utilizando arena de cuarzo y coque de petróleo como materias primas principales. Tiene una dureza media entre la alúmina fundida y el diamante sintético y puede utilizarse como material abrasivo al procesar materiales de baja resistencia a la tracción, como hierro fundido, metales no férreos, roca, cuero y caucho. Además, el carburo de silicio negro se utiliza a menudo en la producción de materiales refractarios y aditivos metalúrgicos.