Carburo di silicio in polvere

La polvere di carburo di silicio è un materiale abrasivo e refrattario estremamente resistente, utilizzato nella produzione di dispositivi elettronici ad alta temperatura.

La produzione prevede il riscaldamento della sabbia di silice con fonti di carbonio come il coke di petrolio in un forno elettrico ad arco per formare carburi di silicio neri e verdi; il silico nero presenta impurità di ferro, che producono tonalità più scure nella finitura.

Proprietà

Il carburo di silicio (SiC) è un minerale industriale composto da silicio e carbonio che ha trovato un'ampia applicazione industriale come abrasivo, dalla carta vetrata alle mole, dai rivestimenti dei forni industriali alle piastre ceramiche dei giubbotti antiproiettile, fino ai substrati dei semiconduttori per i diodi a emissione luminosa (LED). Il SiC è presente anche in natura come minerale moissanite. Il SiC si trova anche in natura come minerale di moissanite. Il SiC si trova anche in natura come moissanite. Il SiC ha molte applicazioni, tra cui l'uso come rivestimento refrattario per i forni industriali e come piastre ceramiche utilizzate nei giubbotti antiproiettile per i diodi a emissione luminosa - esiste anche in natura come minerale moissanite.

L'alluminio vanta un'eccellente resistenza all'abrasione, sopportando temperature fino a 1400°C senza subire significative diminuzioni di resistenza. Inoltre, la sua resistenza alla corrosione si estende alla maggior parte dei comuni acidi inorganici, sali e alcali; tuttavia, può corrodersi in alcune circostanze, come quando viene a contatto con fluoruri acidi o acidi fluoridrici.

Il SiC è un materiale elettricamente isolante con elevata resistenza alla trazione e basso peso specifico, chimicamente stabile e elettricamente isolante, che offre una buona stabilità chimica e caratteristiche non magnetiche. Fonde a 2080 °C. La struttura a pacchetti ravvicinati del SiC consente la coordinazione tetraedrica tra gli atomi di silicio e di carbonio per ottenere un elevato rapporto resistenza/peso e proprietà di conducibilità termica.

Le polveri di carburo di silicio possono essere prodotte per ottenere vari livelli di purezza, strutture cristalline e dimensioni delle particelle. Possono essere prodotte con vari processi - riduzione carbotermica attraverso il processo di Acheson o la conversione dei polimeri, nonché reazioni chimiche in fase gassosa ad alta temperatura - con vari metodi che portano alla loro creazione. Una volta preparate, queste polveri possono essere utilizzate nella produzione di articoli ceramici come forme refrattarie per forni industriali o elementi di isolamento elettrico per dispositivi elettronici come i microprocessori.

Applicazioni

La polvere di carburo di silicio può essere utilizzata in numerose applicazioni. Essendo un materiale molto tenace, con una conducibilità termica e una resistenza chimica superiori, il carburo di silicio resiste a temperature estreme che vanno dal vetro fuso fino a 1.400degC (2.552degF). Il carburo di silicio si trova spesso come parte di refrattari come ceramiche, vetro e pareti di forni, e persino le mole e la carta vetrata sono prodotte con questo additivo. Inoltre, il carburo di silicio è un materiale integrale nei semiconduttori ad alta temperatura e nelle applicazioni elettroniche.

Il carbonio si trova anche in materiali compositi come il carburo di silicio rinforzato con fibre di carbonio (CFRC), comunemente utilizzato nei freni delle automobili e nei giubbotti antiproiettile grazie alla sua eccellente resistenza alla trazione e alla capacità di sopportare impatti ad alta velocità.

La silice sinterizzata è spesso prodotta mediante sinterizzazione ad alta pressione a temperature che raggiungono gli 11.000degC (1.815degF). Il prodotto finale presenta una struttura estremamente compatta composta da quattro atomi di silicio e quattro atomi di carbonio legati tra loro in una disposizione tetraedrica, proprietà non magnetiche e resistenza alla maggior parte delle sostanze chimiche, tra cui idrocarburi alifatici, alcali, acidi organici e sali fusi; tuttavia non può resistere a forti agenti ossidanti come l'acido fluoridrico e il fluoruro di potassio.

Preparazione

Il carburo di silicio è un materiale refrattario estremamente duro, utilizzato in applicazioni quali mole, pietre dentate, utensili da taglio, sabbiatura, frese a getto d'acqua e ceramica. Inoltre, è parte integrante dei forni ad alta temperatura utilizzati per la cottura di vetri e ceramiche ad alte temperature. È disponibile in varie dimensioni di particelle per usi specifici e nelle forme nera o bianca, più comunemente la prima (struttura cristallina Wurtzite) e la seconda (Zinco Blenda).

La polvere di a-SiC ha una struttura cristallina esagonale e una durezza Mohs pari a 7. È in grado di resistere a condizioni estreme grazie all'elevato punto di fusione e alla forte conducibilità termica, non presenta problemi di tossicità né caratteristiche di insolubilità in acqua o alcool. Inoltre, la sua resistenza agli acidi organici, agli alcali, ai sali e ai fluoruri acidi lo rende adatto a molti usi nell'industria e nelle applicazioni ingegneristiche.

Le applicazioni avanzate richiedono la produzione di singoli cristalli di b-SiC più grandi con il metodo Lely, che possono poi essere tagliati in gemme note come moissanite sintetica. Il SiC può anche essere legato insieme con resine o polimeri per formare fibre utilizzate per rinforzare metalli e altri materiali.

L'invenzione riguarda un processo per la produzione di polveri di b-SiC che consiste nel mescolare una fonte di Si comprendente Si e C con un eccesso di carbonio, riscaldare la composizione, quindi filtrarla, lavarla ed essiccarla. Una volta completate, queste polveri di b-SiC possono essere facilmente polverizzate attraverso processi successivi come il lavaggio per filtrazione e l'essiccazione.

Immagazzinamento

Il carburo di silicio è una delle sostanze più dure al mondo, in grado di rivaleggiare con il diamante e il carburo di boro in termini di durezza. Utilizzato in applicazioni che richiedono proprietà termiche e meccaniche come materiali resistenti all'usura, refrattari, ceramiche, semiconduttori e abrasivi per semiconduttori e applicazioni resistenti all'usura; rivestimenti resistenti all'usura; resistenza agli shock termici; bassi tassi di espansione termica ed elevata conducibilità elettrica, il carburo di silicio offre eccezionali proprietà di resistenza, durata e conducibilità elettrica che lo rendono un materiale versatile.

Le industrie aerospaziali fanno grande affidamento sui componenti in polvere di SiC che resistono a calore e pressione estremi, compresi i sistemi frenanti utilizzati nelle automobili per migliorare le prestazioni e ridurre l'usura di rotori e tamburi. Le industrie dei semiconduttori, invece, lo utilizzano nelle apparecchiature di lavorazione dei wafer per gestire il calore in modo più efficace e per le piastre ceramiche dei giubbotti antiproiettile che proteggono i soldati dagli impatti ad alta velocità.

Il carburo di silicio nero viene prodotto in un forno a resistenza elettrica ad alte temperature utilizzando sabbia di quarzo e coke di petrolio come materie prime primarie. Ha una durezza media tra l'allumina fusa e il diamante sintetico e può essere utilizzato come materiale abrasivo nella lavorazione di materiali a bassa resistenza alla trazione come la ghisa, i metalli non ferrosi, la roccia, il cuoio e la gomma. Inoltre, il carburo di silicio nero è spesso utilizzato nella produzione di materiali refrattari e additivi metallurgici.