Carburo di silicio - Materiale per specchi dei telescopi astronomici

Il carburo di silicio (detto anche carborundum) è un composto chimico inorganico composto da atomi di silicio e carbonio, presente in natura come moissanite e prodotto in serie dal 1893 per essere utilizzato come abrasivo.

Il SiC esiste in più di 70 forme cristalline, suddivise in due polimorfi: carburo di silicio alfa (a-SiC) e carburo di silicio beta (b-SiC). Entro un errore sperimentale, entrambe le forme fondono contemporaneamente a pressioni fino a 10 GPa.

Ha una pendenza negativa

Il carburo di silicio è un materiale estremamente duro e denso con molteplici applicazioni. Si trova in prodotti come carta vetrata, mole, utensili da taglio, componenti automobilistici e refrattari automobilistici; inoltre serve come refrattario in forni, fornaci e rivestimenti refrattari, nonché come materiale per specchi nei telescopi astronomici grazie alla sua durezza e al basso tasso di espansione termica.

Edward Goodrich Acheson produsse per la prima volta in massa il carburo di silicio nel 1891, quando riscaldò una miscela di argilla e coke in polvere (carbonio) in un forno elettrico, producendo un materiale blu-nero noto come "carborundum".

Gli studi sulla fusione del carburo di silicio a pressioni comprese tra 5 e 8 GPa hanno rivelato che esso fonde in modo congruente a tutte le pressioni studiate, con una curva di fusione che ha una pendenza negativa di -44 + 4 K/GPa, fornendo la prova che la teoria funzionale della densità ha previsto con precisione.

Ha una pendenza positiva

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale ceramico non ossidato con proprietà eccezionali che lo rendono utile in molte applicazioni ad alta temperatura. Il SiC è duro ed estremamente resistente, con resistenze del corpo policristallino fino a 27 GPa; inoltre, possiede eccellenti proprietà di resistenza al creep e bassi tassi di espansione termica.

La ceramica di biossido di ceramio (CeO2) è insolubile in acqua ma solubile in soluzioni fuse di alcali e ferro, il che la rende la più dura di tutte le ceramiche strutturali avanzate con resistenza all'abrasione, alla corrosione, all'impatto e all'espansione termica ad alte pressioni; ciò la rende perfetta per l'uso in applicazioni ad alta temperatura come i componenti dei reattori nucleari.

Il carburo di silicio, più comunemente chiamato a-SiC, è comunemente presente nei freni e nelle frizioni dei veicoli elettrici e nei giubbotti antiproiettile, oltre ad essere utilizzato come substrato per i catalizzatori eterogenei. La produzione di quantità industriali di questo materiale prevede ancora l'utilizzo di forni elettrici con sabbia di silice pura ridotta con coke finemente macinato in un forno elettrico; la produzione su scala industriale di carburo di silicio rimane una scelta popolare per le applicazioni ad alta tensione nell'elettronica di potenza.

Ha un coefficiente di temperatura negativo

Il carburo di silicio, noto anche come biossido di silicio, è un composto chimico duro composto da silicio e carbonio che si trova in natura sotto forma di moissanite, ma che dal 1893 viene prodotto in massa sotto forma di polvere e cristallo per essere utilizzato come materiale abrasivo e per le piastre ceramiche dei giubbotti antiproiettile. I grandi grani di cristallo singolo possono essere uniti per sinterizzazione per produrre ceramiche strutturali estremamente resistenti; inoltre, viene spesso utilizzato per produrre gemme di moissanite sintetica, note come gemme di moissanite sintetica. Il carburo di silicio agisce anche come semiconduttore; drogandolo con azoto o fosforo può diventare un materiale di tipo n; allo stesso modo il berillio, il boro o l'alluminio possono modificarlo in un materiale di tipo p, a seconda delle sue caratteristiche.

Il carburo di silicio ha un ampio band gap e un'elevata resistenza alla rottura del campo elettrico, che lo rendono adatto a dispositivi elettronici che operano a temperature o tensioni estremamente elevate. Inoltre, la sua natura di resistenza agli shock termici lo rende ampiamente utilizzato. Il carburo di silicio esiste in varie celle unitarie (cubica, romboedrica o esagonale). Se densificato con l'argilla, può inibire la crescita dei colli e prevenire la formazione di SiO2, che altrimenti diminuirebbe il modulo elastico. Diversi studi hanno esaminato il suo comportamento di fusione ad alta pressione utilizzando simulazioni di dinamica molecolare ab initio basate sulla teoria funzionale della densità.

Ha un coefficiente di pressione positivo

Il carburo di silicio è un materiale ceramico estremamente duro e rigido, caratterizzato dalla capacità di resistere alle alte temperature, dal basso coefficiente di espansione termica e dalla resistenza alle reazioni chimiche. È disponibile in varie dimensioni e forme, tra cui la forma granulare per l'acquisto e i wafer che possono essere trasformati in specchi per grandi telescopi. I metodi di produzione del carburo di silicio vanno dalla sintesi diretta del carbonio alla deposizione chimica da vapore.

Sono stati condotti studi sulla dipendenza dalla pressione delle temperature di Debye in ZB e RS SiC da 3100+40 K a 5-8 GPa utilizzando esperimenti di quenching e misure in situ. I risultati dimostrano che a pressione ambiente entrambe le costanti di Lame (l, m) sono positive con una deviazione crescente di m, suggerendo una maggiore forza delle forze a molti corpi non centrali che coinvolgono le interazioni di trasferimento di carica a pressioni più elevate, con conseguente irrigidimento meccanico della comprimibilità del SiC.