Usos del carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es un material extremadamente duro con numerosos usos. El SiC puede encontrarse en discos de freno "cerámicos" de alto rendimiento para automóviles o incluso en placas cerámicas para chalecos antibalas.

La moissanita se encuentra en la naturaleza como un mineral raro, pero se produce en masa en forma de polvo desde 1893 para su uso como abrasivo. Además, se utiliza como componente esencial en la electrónica de semiconductores que funciona en condiciones extremas de temperatura y tensión.

Refractarios de alta temperatura

Los refractarios de carburo de silicio son materiales de alto rendimiento con una solidez, resistencia a la corrosión y estabilidad al choque térmico excepcionales. Disponibles en forma de ladrillos o revestimientos, los refractarios de carburo de silicio se utilizan en aplicaciones de alta temperatura, como la producción de sales fundidas y escorias ácidas; su característica especial es su resistencia al reblandecimiento hasta 15000 C a temperaturas tan altas como el punto de fusión de estas últimas (siendo el carburo de silicio negro [SiC] la materia prima utilizada para estos refractarios).

El carburo de silicio, comúnmente conocido por su fórmula química SiC, es un compuesto cristalino extremadamente duro producido sintéticamente compuesto de silicio y carbono que se produce naturalmente como el raro mineral moissanita; sin embargo, la producción en masa comenzó en 1893 para su uso como abrasivos y piezas resistentes al desgaste en la industria y motores de cohetes; además, sirve como sustrato semiconductor en diodos emisores de luz (LED).

Los refractarios de carburo de silicio aglomerados con arcilla son una opción ideal para su uso en aplicaciones de alta temperatura, ya que el proceso de aglomeración garantiza la integridad estructural a altas temperaturas al tiempo que resiste los ácidos y otros materiales corrosivos. Además, estos refractarios relativamente baratos han demostrado ser extremadamente duraderos a lo largo del tiempo; a menudo se prueban mediante ensayos de corrosión por vapor (fotografiando, pesando y midiendo las muestras de ensayo antes de exponerlas al vapor durante 500 horas para comprobar su rendimiento a presiones y temperaturas tan extremas).

Piezas resistentes al desgaste

El carburo de silicio puede utilizarse para una serie de aplicaciones resistentes al desgaste. Gracias a su resistencia superior, dureza, durabilidad, resistencia al ataque químico y resistencia a la temperatura, el carburo de silicio es un material excelente para combatir el desgaste del acero y las aleaciones metalúrgicas, por lo que resulta adecuado para sustituir rodillos o piezas metálicas en laminadores de acero, bombas de arena, hidrociclones, trituradoras o camisas de cilindro.

El niquelado químico ofrece otra ventaja: permite aplicarlo de forma más uniforme sin crear las inconsistencias típicas de los procesos tradicionales de niquelado, garantizando que las esquinas afiladas y los rebajes permanezcan afilados sin acumulación de bordes, mientras que los orificios pasantes permanecen inalterados y sin alteraciones en casi cualquier configuración geométrica.

El carburo de silicio destaca entre los materiales para dispositivos electrónicos por su resistencia superior a la temperatura y su estructura atómica única, ofreciendo propiedades semiconductoras excepcionales que lo hacen muy adecuado para la fabricación de dispositivos electrónicos. Su resistencia a las variaciones de temperatura es hasta 10 veces superior a la del silicio, el material de referencia en la producción de semiconductores, así como su resistencia al choque térmico y su capacidad para soportar presiones muy elevadas. El carburo de silicio se utiliza ampliamente como componente importante en semiconductores de potencia para generadores de alto voltaje y cargadores de a bordo para sistemas de carga de vehículos híbridos y eléctricos, además de utilizarse como sustituto de las costosas pero peligrosas para el medio ambiente baterías de litio.

Dispositivos semiconductores

El carburo de silicio en su forma pura actúa como aislante eléctrico; pero cuando se modifica con impurezas o agentes dopantes, su conductividad eléctrica cambia para mostrar propiedades de semiconducción, no permitiendo el paso de la corriente libre pero tampoco repeliéndola. Estas características de semiconducción hacen que el carburo de silicio sea adecuado para crear dispositivos electrónicos que amplifican, conmutan o convierten señales en circuitos eléctricos.

Los dispositivos de carburo de silicio se benefician de una amplia banda prohibida que les permite funcionar a temperaturas y frecuencias más elevadas que los semiconductores tradicionales, lo que los hace idóneos para contextos industriales y les proporciona importantes ganancias de eficiencia energética en comparación con sus homólogos de silicio.

Los dispositivos de alimentación de carburo de silicio se utilizan ampliamente en sistemas de transporte ferroviario para reducir las pérdidas de energía y mejorar la eficiencia de carga, y también se emplean en inversores solares y dispositivos de almacenamiento de energía para mejorar la eficiencia y la fiabilidad.

La dinámica del mercado del carburo de silicio está en constante evolución, ya que las nuevas aplicaciones impulsan su expansión y demanda. Las aplicaciones incluyen la industria de la electrónica de potencia, la automoción y la aeroespacial. Se prevé que el crecimiento del mercado del carburo de silicio para la electrónica de potencia supere las 27% en 2021 debido al aumento de la demanda de vehículos eléctricos e infraestructuras 5G junto con estaciones de carga rápida; como resultado, la expansión de la capacidad y la inversión en nuevas tecnologías deben tener lugar para proporcionar dispositivos de potencia eficientes para apoyarlos.

Tratamiento químico

El carburo de silicio (SiC) es un compuesto sintético de silicio y carbono extremadamente duro, con una dureza Mohs de 9 y casi tan duro como el diamante. El carburo de silicio se utiliza en aplicaciones que van desde los procesos de mecanizado abrasivo, como el chorro de arena y el rectificado, hasta las piezas resistentes al desgaste para hornos industriales, pasando por las piezas resistentes al desgaste para sustratos de producción de diodos emisores de luz y diodos emisores de luz (LED).

Los refractarios también pueden utilizarse en materiales compuestos, como los de los chalecos antibalas. Su resistencia y durabilidad les permiten soportar impactos de bala a gran velocidad, mientras que su baja tasa de sección transversal neutrónica los protege de los daños por radiación.

Para crear carburo de silicio se pueden utilizar tanto la unión por reacción como la sinterización, cada una de las cuales produce diferentes microestructuras en el material final. El SiC unido por reacción se produce infiltrando compactos de mezclas de SiC y carbono con silicio líquido, que reacciona con el carbono para formar más partículas de SiC que luego unen las iniciales. El SiC sinterizado también puede producirse utilizando polvo de SiC puro mezclado con auxiliares de sinterización sin óxido y calentado a temperaturas elevadas hasta que se produce la solidificación.

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