La densidad del carburo de silicio

El carburo de silicio, más conocido como carborundo o SiC, es un material cerámico duro con numerosas aplicaciones. Esta versátil sustancia sirve como abrasivo, tiene propiedades semiconductoras de banda ancha e incluso puede fabricarse en componentes cerámicos estructurales.

La producción consiste en hacer reaccionar y pirolizar polisiloxanos a presión, molerlos en forma de polvo, sinterizarlos para darles formas sólidas y, a continuación, molerlos para darles la forma microestructural final. Cada paso desempeña un papel integral en la producción de este material final, con resultados diferentes en función de los métodos de conformación utilizados, que tienen una influencia significativa en la microestructura.

Densidad teórica

La densa composición del carburo de silicio desempeña un papel clave en su capacidad para resistir las tensiones químicas, térmicas y mecánicas. Con propiedades superiores de dureza y conductividad térmica, el carburo de silicio es un material excelente para aplicaciones de alto rendimiento y alto esfuerzo.

Los materiales más densos suelen ofrecer mayor resistencia a la corrosión y el desgaste. Además, sus bajos índices de dilatación/contracción les permiten soportar mejor las temperaturas extremas, lo que los hace ideales para sistemas eléctricos y de gas.

El SiC también es muy resistente a la radiación y tiene una banda prohibida inusualmente grande en comparación con otros semiconductores, lo que le permite funcionar a temperaturas, voltajes y frecuencias mucho más altas que los demás semiconductores. Por ello, el SiC se utiliza en una gran variedad de aplicaciones electrónicas e industriales, como la generación de energía, la industria aeroespacial y la automoción.

Alcanzar altas densidades de SiC puede ser un reto para componentes de gran tamaño. Pero con la tecnología de compresión en rampa, ahora es posible alcanzar densidades uniformes de hasta 98% de densidad teórica. El proceso consiste en crear una dispersión homogénea de una mezcla de polvo de tamaño submicrónico compuesta principalmente de carburo de silicio con un aditivo que contiene boro; a continuación, se da forma a esta mezcla de polvo en cuerpos verdes antes de sinterizarlos a 1900deg-2100deg C en condiciones de atmósfera controlada.

Los aditivos que contienen boro deben añadirse durante la mezcla del polvo en una cantidad equivalente a una parte en peso de boro elemental por cada 100 partes de carburo de silicio, para una densificación segura sin segregación en los límites del grano.

Densidad física

El carburo de silicio (C-Si) es un material artificial compuesto de carbono (C) y silicio (Si). Tiene la segunda dureza Mohs más alta después del carburo de boro (9) y ofrece una resistencia excepcional al desgaste y a la corrosión; de hecho, puede soportar la exposición a los ácidos fluorhídrico y sulfúrico sin corroerse; además, el agua y la mayoría de los productos químicos, incluidos los álcalis, no pueden disolverlo. La versatilidad del carburo de silicio como material de ingeniería también lo hace popular entre los científicos.

Dado que puede soportar operaciones de corte y rectificado a alta velocidad, además de utilizarse para aplicaciones de granallado y mecanizado, el esmeril se utiliza ampliamente en la lapidaria moderna por su durabilidad y rentabilidad. Además, sirve como materia prima importante en la producción de compuestos de esmerilado y pulido.

El carburo de silicio se ha convertido en uno de los principales materiales de la tecnología espacial por su extraordinaria durabilidad y resistencia a la radiación. Así, los espejos de carburo de silicio se han convertido en la elección de varios de los mayores telescopios, como las misiones Herschel y BepiColombo, o incluso pueden convertirse en marcos rígidos para soportar las temperaturas de Venus y los niveles de radiación que superan las expectativas.

Pruebas experimentales recientes demuestran que el a-SiC es estable en su fase B1 en una amplia gama de condiciones que se corresponden con las condiciones esperadas del manto de los exoplanetas ricos en carbono, en contraste con su comportamiento en la Tierra, donde se descompone rápidamente en sílice y oxígeno.

Densidad química

El carburo de silicio, más comúnmente conocido como SiC, es un compuesto químico formado por silicio (número atómico 14) y carbono (número atómico 6). Tiene un aspecto entre verde iridiscente y negro azulado, es incombustible y su densidad es de 3,21 gramos por cm3 cúbico.

El carburo de silicio se encuentra de forma natural en meteoritos, depósitos de corindón y depósitos de kimberlita en cantidades limitadas; sin embargo, la mayor parte del carburo de silicio utilizado en dispositivos electrónicos se produce sintéticamente. Edward Acheson sintetizó por primera vez carburo de silicio sintéticamente en 1891, cuando intentó crear diamantes artificiales calentando arcilla y coque en polvo en un horno de arco eléctrico; al hacerlo, observó cristales de color verde brillante de aspecto similar al diamante adheridos a electrodos de carbono y denominó a estos cristales "moissanita" por el tipo de piedra a la que se parecían.

El SiC es un material semiconductor con una brecha de banda extremadamente ancha, lo que le permite funcionar a temperaturas y voltajes más elevados que otros materiales semiconductores. Gracias a su excelente conductividad térmica, el calor se disipa con rapidez, mientras que su densa estructura cristalina le confiere una resistencia superior al desgaste, perfecta para aplicaciones como las herramientas de corte.

EAG Laboratories cuenta con una amplia experiencia en el análisis de SiC mediante técnicas analíticas tanto a granel como espacialmente resueltas. El SiC es un material extremadamente útil para la fabricación de semiconductores, ya que puede doparse con diversos elementos para alterar sus características electrotérmicas. Garantizar la concentración y la distribución espacial de los dopantes, eliminando al mismo tiempo los contaminantes indeseables, es primordial para crear productos semiconductores de alta calidad.

Densidad térmica

El carburo de silicio es un material extremadamente denso y una de las sustancias más duras que existen, por lo que ofrece una excelente resistencia a la corrosión como material cerámico que podría reducir los sistemas de refrigeración activos en los vehículos eléctricos.

El carburo de silicio (SiC) es un sólido gris claro unido covalentemente con la dureza relativa del diamante en la escala de Mohs. Los refractarios que poseen estas propiedades son ideales para su uso, ya que el SiC tiene un alto punto de fusión, conductividad térmica y bajas tasas de expansión térmica.

El carburo de silicio puede doparse con nitrógeno o fósforo para formar un semiconductor de tipo n; o doparse con berilio, boro, aluminio y galio para hacer un semiconductor de tipo p. Su amplia banda prohibida le permite soportar un voltaje tres veces superior al de los semiconductores de silicio estándar. El carburo de silicio se ha convertido en el material de referencia para la producción de dispositivos electrónicos debido a su amplio uso como material de componentes electrónicos.

Existen depósitos naturales de SiC en ciertas muestras de meteoritos, depósitos de corindón y kimberlita, pero la mayor parte del SiC industrial se produce sintéticamente. Las variantes de SSiC y SiSiC se encuentran entre los materiales más utilizados para condiciones exigentes como la impresión 3D, la producción balística, la producción química y las aplicaciones de tecnología energética, así como los componentes de sistemas de tuberías, debido a sus propiedades térmicas; su densidad superior a la del cuarzo puro convierte a estos compuestos en un atractivo sustituto del metal y ofrecen buenas propiedades de rigidez, dureza y resistencia a altas temperaturas que rivalizan con las propiedades térmicas del cuarzo puro en comparación con el cuarzo puro y la resistencia a altas temperaturas, lo que convierte a estos compuestos en atractivas alternativas de sustitución del metal.