Carburo di silicio Definizione

Il carburo di silicio è un materiale avanzato sviluppato per l'uso in ambienti ad alta temperatura. Potrebbe ridurre la dipendenza dai sistemi di raffreddamento attivo che aggiungono peso e costi ai veicoli elettrici (EV).

Il carburo di silicio vanta una resistenza alla tensione dieci volte superiore a quella del silicio ordinario, superando persino il nitruro di gallio.

È un materiale cristallino

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale industriale dai molteplici usi. Grazie alle sue proprietà tribologiche superiori, si trova comunemente negli ugelli di sabbiatura, nelle guarnizioni, nei cuscinetti meccanici e nelle applicazioni di sigillatura meccanica. Anche i refrattari e le ceramiche utilizzano il SiC per aumentare la durezza.

L'acqua, l'alcol e le soluzioni acide lo dissolvono completamente; anche la maggior parte dei solventi organici rimane resistente. Grazie alle sue caratteristiche di semiconduttore, le sue caratteristiche elettriche offrono alcune caratteristiche interessanti: la resistenza può differire tra le varie composizioni fino a sette ordini di grandezza!

Edward Acheson ha prodotto per la prima volta SiC sintetico nel 1891, mentre Henri Moissan ne ha identificato per la prima volta la forma naturale nel 1905 durante l'esplorazione del meteorite Canyon Diablo in Arizona. Oggi tutto il SiC in commercio è sintetico, con alcune eccezioni per i gioielli in moissanite che possono essere naturali.

È una ceramica non ossidata

Il carburo di silicio, o SiC, è una ceramica eccezionale che vanta numerose proprietà fisiche vantaggiose. Tra queste, l'elevata resistenza, il basso tasso di espansione termica e la resistenza alla corrosione e alle reazioni chimiche, qualità che lo rendono adatto all'uso come materiale abrasivo e componente refrattario, oltre all'eccellente conduttività elettrica.

La durezza criogenica di 9 sulla scala Mohs rende la porcellana refrattaria un materiale eccellente per le mole e altri prodotti abrasivi, oltre a essere utilizzata in applicazioni refrattarie come gli ugelli dei bruciatori e i tubi di fiamma.

La grafite criogenica esiste in diverse varietà, note come politipi, e presenta una disposizione tetraedrica di coordinazione primaria, con quattro atomi di carbonio e quattro di silicio legati da legami tra unità tetraedriche legate direttamente. Queste unità possono essere collegate tra loro o impilate per formare strutture diverse.

È un materiale refrattario

Il carburo di silicio è un materiale durevole ma fragile, in grado di resistere alle alte temperature e dotato di un ampio band-gap per le applicazioni ad alta tensione.

Su scala industriale, la polvere di silice viene prodotta e utilizzata in ceramica, nei materiali refrattari e nei semiconduttori elettronici. Pur essendo naturalmente presente nelle formazioni minerali di moissanite, la maggior parte di essa è oggi prodotta sinteticamente.

I refrattari in carburo di silicio legati all'argilla offrono un'eccellente resistenza alla corrosione, che li rende adatti come mattoni per forni per applicazioni di fusione di metalli non ferrosi. Inoltre, sono ottimi materiali per il riscaldamento indiretto ad alta temperatura, come i mattoni di rivestimento per le vasche di elettrolisi dell'alluminio o i rivestimenti dei vassoi dei forni di rettifica nei forni di fusione del rame o le piastre ad arco dei forni a polvere di zinco.

È un materiale resistente all'usura

Il carburo di silicio è un materiale ceramico non ossidato estremamente duro, comunemente utilizzato in abrasivi, refrattari, componenti resistenti all'usura e componenti resistenti all'usura grazie alla sua forza. Inoltre, il carburo di silicio è un materiale integrale nei sistemi elettronici che operano a temperature o tensioni elevate.

Rara in natura e prodotta solo artificialmente con metodi sintetici, la moissanite è stata scoperta per la prima volta nel Diablo Canyon dell'Arizona nel 1893, dove ha preso il nome di moissanite grazie al brevetto di Edward Acheson del 1891 sulla creazione di piccoli cristalli neri di SiC con mezzi artificiali.

Il materiale ceramico di questo calibro offre proprietà superiori. Ha un intervallo di temperatura operativa più elevato rispetto ai semiconduttori al silicio e può gestire tensioni più elevate senza subire surriscaldamenti o danni.

È un materiale per alte temperature

Il carburo di silicio è una ceramica refrattaria versatile utilizzata in numerose applicazioni. Il carburo di silicio è uno dei materiali più duri della scala di durezza Mohs e si colloca al 9° posto per durezza. Inoltre, vanta un'eccellente resistenza all'abrasione, alla corrosione e agli shock termici, sopportando temperature e tensioni elevate senza subire danni o rotture.

Come per la maggior parte delle strutture cristalline, la sua struttura cristallina si presenta in varie forme - o politipi - ognuna con una propria sequenza di impilamento. I tetraedri di coordinazione primaria sono costituiti da quattro atomi di carbonio e quattro di silicio collegati agli angoli in strutture polari.

Grazie alle sue eccezionali proprietà tribologiche, la plastica è un materiale eccellente per pompe, tenute meccaniche e cuscinetti, apparecchiature dell'industria chimica e come abrasivo.

È un materiale ad alta tensione

Il carburo di silicio è uno dei materiali più versatili al mondo. Svolge un ruolo essenziale nei veicoli elettrici (EV) ad alte prestazioni e nei sistemi di gestione delle batterie, dove le sue capacità di alta tensione eliminano i sistemi di raffreddamento attivo che aggiungono costi, peso e complessità agli EV.

Il carborundum, un materiale ceramico duro e semiconduttore comunemente noto come carborundum, si trova naturalmente nei minerali di moissanite e può essere prodotto sinteticamente. A differenza dei semiconduttori tradizionali come il silicio, il carborundum ha un ampio bandgap che consente di spostare l'elettricità in modo più efficiente che mai. Inoltre, la sua conduttività può essere modificata aggiungendo impurità alla sua struttura cristallina.

È un materiale ad alta efficienza

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale efficiente dal punto di vista energetico per la conversione dell'energia elettrica in corrente alternata, che lo rende adatto alla conversione dell'energia elettrica dalla rete. Drogando il SiC con azoto o fosforo si ottiene un semiconduttore di tipo n, mentre drogando con alluminio, boro o gallio si ottengono proprietà di semiconduttore di tipo p.

L'alluminio offre un'eccellente conducibilità termica, resistenza alle alte temperature, bassa espansione termica e resistenza alle reazioni chimiche - qualità che lo rendono il materiale refrattario ideale. Inoltre, la sua superficie dura e resistente lo rende adatto a molti usi industriali e costituisce un'ottima scelta di materiale refrattario.

Il SiC naturale si trova sotto forma di moissanite, un minerale raro; è prodotto sinteticamente in piccoli grani legati insieme in ceramiche o refrattari per applicazioni ceramiche o si trova in piccole quantità nelle condriti carbonacee e nelle kimberliti.