Proprietà del carburo di silicio

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale estremamente resistente, con un grado di durezza della scala Mohs pari a 9 e un'estetica che rivaleggia con quella del diamante.

I Laboratori EAG hanno una vasta esperienza nell'analisi del SiC per queste proprietà, utilizzando tecniche analitiche in massa e con risoluzione spaziale. Può servire sia come isolante elettrico che come semiconduttore.

Durezza

Il carburo di silicio è una delle sostanze più dure al mondo, al nono posto della scala Mohs e secondo solo al diamante in termini di durezza. Il carburo di boro e il diamante sono ancora più duri del carburo di silicio; tra i suoi usi vi sono utensili da taglio, giubbotti antiproiettile, parti di automobili e specchi per telescopi astronomici. La superficie dura e resistente del carburo di silicio è ottima per essere utilizzata come abrasivo da taglio e utensili da taglio, materiali strutturali (giubbotti antiproiettile), parti di automobili e specchi utilizzati dai telescopi!

La ceramica resistente agli shock termici è una ceramica estremamente dura e non ossidabile. Grazie alla sua forza, all'elevata conduttività termica, al basso tasso di espansione termica e all'eccellente resistenza all'ossidazione, è un materiale refrattario indispensabile.

Il carburo di silicio (numero atomico 14) e il carbonio (numero atomico 6) formano un composto inorganico noto come carburo di silicio, con due tetraedri di coordinazione primaria formati da quattro atomi di carbonio e quattro atomi di silicio legati covalentemente tra loro, creando una struttura a pacchetti ravvicinati eccezionalmente forte e rigida, con una resistenza e una rigidità superiori; i suoi politipi possono persino impilarsi per formare politipi. Il carburo di silicio offre proprietà di semiconduttore ad ampio intervallo di banda che richiede un'energia tre volte inferiore per liberare gli elettroni dagli orbitali rispetto al silicio.

Resistenza alla corrosione

La proprietà più importante del carburo di silicio è la resistenza alla corrosione. Non solo è resistente agli acidi (cloridrico, solforico e fluoridrico), alle basi e ai solventi più aggressivi che si possano immaginare, ma anche a mezzi ossidanti come l'acido nitrico o il vapore, ma vanta persino eccellenti proprietà isolanti contro i danni causati da temperature estreme o campi elettrici.

Il carburo di silicio sinterizzato offre un'eccellente resistenza termica grazie alla sua natura densa, alla durezza, alle caratteristiche di semiconduttore ad ampio bandgap che consentono un minore consumo di energia da parte degli elettroni per lo spostamento della banda di conduzione e al suo basso coefficiente di espansione termica.

La resistenza alla corrosione può essere migliorata anche grazie alla presenza di additivi per la sinterizzazione, di fasi al limite del grano e di porosità; il loro tipo e la loro quantità dipendono dalla rapidità con cui la corrosione reagisce con altri ambienti.

Gli stati di ossidazione del carburo di silicio possono essere controllati grazie all'azione del carbonio come agente passivante, contribuendo a ridurre i tassi di corrosione e a prolungare la durata del prodotto quando esposto ad ambienti ossidanti in servizio.

Conduttività termica

Il carburo di silicio è un materiale estremamente duro, che si colloca tra l'allumina (9 sulla scala Mohs) e il diamante (10). Grazie alla combinazione di durezza e stabilità termica, il carburo di silicio è un materiale eccellente per le applicazioni meccaniche più impegnative, in parti progettate per resistere a materiali resistenti all'usura e ai refrattari.

Inoltre, grazie all'eccellente resistenza agli shock termici e al basso tasso di espansione termica, la gomma siliconica è particolarmente indicata per l'impiego in ambienti ad alta temperatura e per i componenti utilizzati nei sistemi di tubazioni.

Il carburo di silicio può essere drogato con vari elementi per modificarne le proprietà elettroniche. Il drogaggio con azoto o fosforo lo trasformerà in un semiconduttore di tipo n, mentre il drogaggio con berillio, boro o alluminio lo trasformerà in un semiconduttore di tipo p.

La differenza di bandgap tra le bande di valenza e di conduzione del carburo di silicio rende più difficile per gli elettroni passare da una banda all'altra, consentendogli di sopportare fino a 10 volte più campi elettrici prima di diventare fragile e rompersi rispetto al silicone.

Conducibilità elettrica

Il carburo di silicio offre una serie di proprietà elettriche che possono essere adattate mediante drogaggio. Il drogaggio prevede l'aggiunta di impurità nella sua struttura cristallina per formare elettroni e buchi liberi che conducono elettricità, dando al SiC valori di conduttività dieci volte superiori a quelli del silicio.

Le proprietà elettriche del carburo di silicio sono determinate in gran parte dal suo band-gap. Questa differenza tra i livelli energetici della banda di valenza e della banda di conduzione di un atomo determina la quantità di campo elettrico che può sopportare; il carburo di silicio vanta un band-gap più ampio rispetto alla sua controparte in silicio, che gli consente di tollerare una tensione quasi doppia.

L'elevata resistenza alla tensione rende il neodimio ideale per l'uso nei dispositivi di alimentazione dei veicoli elettrici, garantendo distanze di guida più lunghe e una maggiore efficienza nella gestione delle batterie. Inoltre, la sua leggerezza rispetto ad alternative come il nitruro di gallio consente ai produttori di elettronica di potenza di ridurre significativamente le dimensioni e il peso, resistendo alle alte temperature con un coefficiente di espansione termica minimo.

Proprietà del carburo di silicio

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