¿Para qué se utiliza el carburo de silicio?

El carburo de silicio tiene muchas aplicaciones y se presenta en forma de abrasivos, polvo cerámico y blindaje antibalas.

El carborundo (SiC), un compuesto cristalino de silicio y carbono, es una de las sustancias más duras que se conocen, con propiedades únicas que lo hacen beneficioso en diversas industrias.

Abrasivo

El carburo de silicio es duro y quebradizo, lo que lo convierte en un material abrasivo eficaz. Los fabricantes lo utilizan en la fabricación de productos como el papel de lija; este material se presenta en diferentes tamaños de grano, desde grueso a muy fino, para operaciones de rectificado; los más gruesos se utilizan para eliminar grandes cantidades de material en las operaciones iniciales de rectificado, mientras que los más finos pulen las superficies de las piezas de trabajo para producir acabados lisos.

El carburo de silicio abrasivo se utiliza en productos que requieren una gran resistencia, como los frenos de los automóviles y las placas cerámicas utilizadas en los chalecos antibalas. Además, este material también puede encontrarse en materiales compuestos como el carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (CFRC).

Refractario

El carburo de silicio es una materia prima indispensable en la producción de materiales refractarios. Con propiedades químicas estables, alta conductividad térmica, pequeño coeficiente de expansión térmica y excelente resistencia al desgaste, es un material ideal para crear abrasivos resistentes a altas temperaturas, como abrasivos de banda, papel de lija, muelas abrasivas y herramientas de piedra de aceite, así como máquinas-herramienta de silicio monocristalino/silicio policristalino.

El metal es muy duro y quebradizo, pero tiene una gran estabilidad térmica y mecánica. Compuesto por átomos de silicio rodeados de átomos de carbono y oxígeno, su composición lo hace resistente al calor y a las tensiones mecánicas, además de tener un impresionante punto de fusión.

El carburo de silicio puro es incoloro; las calidades industriales pueden variar de marrón a negro debido a inclusiones de hierro, aluminio, nitrógeno o carbono libre. Existen métodos de dopaje que crean diferentes semiconductores: por ejemplo, el carburo de silicio de tipo n puede doparse con nitrógeno o fósforo, mientras que las versiones de tipo p pueden doparse con dopantes de aluminio, boro o galio.

Armadura antibalas

El carburo de silicio es uno de los materiales más duros de la Tierra. Por eso es ideal para los chalecos antibalas que usan policías y militares, y sus propiedades térmicas lo hacen resistente al calor.

Los materiales cerámicos como éste son bien conocidos por su resistencia. Además, la cerámica es un excelente conductor del calor y la electricidad, lo que la hace perfecta para aplicaciones electrónicas como los transistores de potencia. Otra ventaja es su resistencia a la corrosión.

El carburo de silicio puro posee una estructura multicapa y existe en varios politípos o variedades, cada uno de los cuales se distingue por su secuencia de apilamiento que confiere a cada tipo su característica física única - por ejemplo, algunas formas contienen enlaces covalentes entre cuatro átomos de carbono unidos covalentemente a un átomo de silicio formando una intrincada estructura de red.

La moissanita se produce sintéticamente y rara vez se encuentra en la naturaleza, aunque pueden existir pequeñas cantidades en forma de joyas de moissanita. La moissanita desempeña un papel esencial en los vehículos eléctricos, ya que su capacidad para soportar altas temperaturas permite que los vehículos sean más eficientes energéticamente al tiempo que disminuyen los sistemas de refrigeración activos que añaden peso, coste y complejidad.

Semiconductor

Las cerámicas de carburo de silicio son cerámicas no oxidadas versátiles que se utilizan en aplicaciones que requieren resistencia mecánica y térmica, como piezas resistentes al desgaste, refractarios para la resistencia al calor, materiales refractarios para controlar la expansión térmica y dispositivos electrónicos semiconductores que funcionan a altas temperaturas o tensiones. La dureza del carburo de silicio lo hace adecuado para estos usos, mientras que su conductividad térmica lo convierte en un eficaz material resistente al calor. Su amplia variedad de usos va más allá de las meras aplicaciones mecánicas; algunos ejemplos son: abrasivos; piezas resistentes al desgaste; materiales refractarios para controlar la dilatación térmica; y dispositivos electrónicos semiconductores que funcionan a altas temperaturas o tensiones, respectivamente.

El carburo de silicio cristalino se forma en una estructura compacta de átomos unidos covalentemente que forman dos tetraedros de coordinación primaria compuestos por cuatro átomos de silicio y cuatro de carbono, lo que le confiere una dureza y resistencia increíbles. Por desgracia, es insoluble en agua o alcohol, pero resistente a la mayoría de los ácidos/sales orgánicos e inorgánicos (con las excepciones del ácido fluorhídrico y los fluoruros ácidos).

Los semiconductores de carburo de silicio cuentan con una amplia banda de separación que permite fabricar dispositivos mucho más pequeños y eficientes que los equivalentes de silicio (Si), lo que abre la posibilidad de utilizarlos para la electrónica de potencia en vehículos eléctricos, así como para apoyar procesos de digitalización en procesos industriales.