A cosa serve il carburo di silicio?

Il carburo di silicio ha molte applicazioni e si presenta sotto forma di abrasivi, polvere di ceramica e armature antiproiettile.

Il carborundum (SiC), un composto cristallino di silicio e carbonio, è una delle sostanze più dure conosciute con proprietà uniche che lo rendono utile in diversi settori.

Abrasivo

Il carburo di silicio è duro e fragile, il che lo rende un efficace materiale abrasivo. I produttori lo utilizzano per produrre prodotti come la carta vetrata; questo materiale è disponibile in diverse grane, da quelle più grosse a quelle molto fini per le operazioni di rettifica; quelle più grosse vengono utilizzate per rimuovere grandi quantità di materiale nelle operazioni iniziali di rettifica, mentre quelle più fini lucidano le superfici dei pezzi per produrre finiture lisce.

Il carburo di silicio abrasivo è utilizzato in prodotti che richiedono un'elevata resistenza, come i freni delle automobili e le piastre in ceramica utilizzate nei giubbotti antiproiettile. Inoltre, questo materiale si trova anche in materiali compositi come il carburo di silicio rinforzato con fibre di carbonio (CFRC).

Refrattario

Il carburo di silicio è una materia prima indispensabile nella produzione di materiali refrattari. Grazie alle sue proprietà chimiche stabili, all'elevata conducibilità termica, al ridotto coefficiente di espansione termica e all'eccellente resistenza all'usura, è un materiale ideale per la creazione di abrasivi resistenti alle alte temperature, come abrasivi a nastro, carta vetrata, mole e utensili in pietra oleosa, nonché macchine utensili in silicio monocristallino/policristallino.

Il metallo è molto duro e fragile, ma ha un'elevata stabilità termica e meccanica. Composto da atomi di silicio circondati da atomi di carbonio e ossigeno, la sua composizione lo rende resistente al calore e alle sollecitazioni meccaniche, oltre ad avere un punto di fusione impressionante.

Il carburo di silicio puro è incolore; i gradi industriali possono variare di colore dal marrone al nero a causa di inclusioni di ferro, alluminio, azoto o carbonio libero. Esistono metodi di drogaggio che creano semiconduttori diversi: ad esempio, il carburo di silicio di tipo n può essere drogato con azoto o fosforo, mentre le versioni di tipo p possono essere drogate con alluminio, boro o gallio.

Armatura antiproiettile

Il carburo di silicio è uno dei materiali più duri della Terra. Questo lo rende ideale per i giubbotti antiproiettile indossati da polizia e militari e le sue proprietà termiche lo rendono resistente al calore.

I materiali ceramici come questo sono noti per la loro resistenza. Inoltre, la ceramica è un eccellente conduttore di calore ed elettricità, il che la rende perfetta per applicazioni elettroniche come i transistor di potenza. Un altro vantaggio è la resistenza alla corrosione.

Il carburo di silicio puro possiede una struttura multistrato ed esiste in diversi politipi o varietà, ognuno dei quali si distingue per la sequenza di impilamento che conferisce a ciascun tipo una caratteristica fisica unica - ad esempio, alcune forme contengono legami covalenti tra quattro atomi di carbonio legati covalentemente a un atomo di silicio, formando un'intricata struttura a rete.

La moissanite è prodotta sinteticamente e si trova solo raramente in natura, sebbene ne esistano piccole quantità sotto forma di gioielli in moissanite. La moissanite svolge un ruolo essenziale nei veicoli elettrici, poiché la sua capacità di resistere alle alte temperature consente ai veicoli di diventare più efficienti dal punto di vista energetico, riducendo al contempo i sistemi di raffreddamento attivo che aggiungono peso, costi e complessità.

Semiconduttori

Le ceramiche a base di carburo di silicio sono versatili ceramiche non ossidate utilizzate in applicazioni che richiedono resistenza meccanica e termica, come parti resistenti all'usura, refrattari per la resistenza al calore, materiali refrattari per controllare l'espansione termica e dispositivi elettronici a semiconduttore che operano a temperature o tensioni elevate. La durezza del carburo di silicio lo rende adatto a questi impieghi, mentre la sua conducibilità termica lo rende un efficace materiale resistente al calore. La sua ampia varietà di impieghi va oltre le sole applicazioni meccaniche; alcuni esempi sono: abrasivi, parti resistenti all'usura, refrattari per la resistenza al calore e dispositivi elettronici a semiconduttore che operano rispettivamente ad alte temperature o tensioni.

Il carburo di silicio cristallino si forma in una struttura a pacchetti ravvicinati composta da atomi legati covalentemente che formano due tetraedri primari di coordinazione composti da quattro atomi di silicio e quattro di carbonio, conferendogli un'incredibile durezza e resistenza. Purtroppo è insolubile in acqua o alcool, ma è resistente alla maggior parte degli acidi organici e inorganici (ad eccezione dell'acido fluoridrico e dei fluoruri acidi).

I semiconduttori in carburo di silicio vantano un ampio band gap che consente di realizzare dispositivi molto più piccoli ed efficienti rispetto a quelli equivalenti in silicio (Si), aprendo la possibilità di un loro utilizzo per l'elettronica di potenza nei veicoli elettrici e a supporto dei processi di digitalizzazione nei processi industriali.