Para que é utilizado o carboneto de silício?

O carboneto de silício tem muitas aplicações e apresenta-se sob a forma de abrasivos, pó cerâmico e armaduras à prova de bala.

O carborundum (SiC), um composto cristalino de silício e carbono, é uma das substâncias mais duras conhecidas com propriedades únicas que o tornam benéfico em várias indústrias.

Abrasivo

O carboneto de silício é duro e quebradiço, o que o torna um material abrasivo eficaz. Os fabricantes utilizam-no na produção de produtos como a lixa; este material está disponível em diferentes granulometrias, desde grossas a muito finas, para operações de retificação, sendo as mais grossas utilizadas para remover grandes quantidades de material nas operações iniciais de retificação, enquanto as mais finas polem as superfícies das peças de trabalho para produzir acabamentos suaves.

O carboneto de silício abrasivo é utilizado em produtos que exigem uma elevada resistência, como os travões dos automóveis e as placas de cerâmica utilizadas em coletes à prova de bala. Além disso, este material também pode ser encontrado em materiais compósitos como o carboneto de silício reforçado com fibra de carbono (CFRC).

Refratário

O carboneto de silício é uma matéria-prima indispensável na produção de materiais refractários. Com propriedades químicas estáveis, elevada condutividade térmica, pequeno coeficiente de expansão térmica e excelente resistência ao desgaste, é um material ideal para criar abrasivos resistentes a altas temperaturas, tais como abrasivos para cintas, lixas, rebolos e ferramentas de pedra de óleo, bem como máquinas-ferramentas de silício monocristalino/policristalino.

O metal é muito duro e quebradiço, mas tem uma elevada estabilidade térmica e mecânica. Composto por átomos de silício rodeados por átomos de carbono e de oxigénio, a sua composição torna-o resistente ao calor e às tensões mecânicas, além de ter um ponto de fusão impressionante.

O carboneto de silício puro é incolor; as qualidades industriais podem variar de cor entre o castanho e o preto devido a inclusões de ferro, alumínio, azoto ou carbono livre. Existem métodos de dopagem que criam diferentes semicondutores: por exemplo, o carboneto de silício do tipo n pode ser dopado com azoto ou fósforo, enquanto as versões do tipo p podem ser dopadas com dopantes de alumínio, boro ou gálio.

Armadura à prova de bala

O carboneto de silício é um dos materiais mais duros da Terra. Este facto torna-o ideal para coletes à prova de bala usados pela polícia e pelo pessoal militar e as suas propriedades térmicas tornam-no resistente ao calor.

Os materiais cerâmicos como este são bem conhecidos por serem fortes. Além disso, a cerâmica é um excelente condutor de calor e eletricidade - o que a torna perfeita para aplicações electrónicas como os transístores de potência. Para além disso, a resistência à corrosão é outra vantagem.

O carboneto de silício puro possui uma estrutura de várias camadas e existe em vários poliptipos ou variedades, cada um distinguido pela sua sequência de empilhamento que dá a cada tipo a sua caraterística física única - por exemplo, algumas formas contêm ligações covalentes entre quatro átomos de carbono ligados covalentemente a um átomo de silício, formando uma intrincada estrutura de rede.

A moissanite é produzida sinteticamente e só raramente se encontra na natureza, embora possam existir pequenas quantidades como jóias de moissanite. A moissanite desempenha um papel essencial nos veículos eléctricos, uma vez que a sua capacidade de suportar temperaturas elevadas permite que os veículos se tornem mais eficientes do ponto de vista energético, ao mesmo tempo que diminui os sistemas de refrigeração activos que aumentam o peso, o custo e a complexidade.

Semicondutores

As cerâmicas de carboneto de silício são cerâmicas não óxidas versáteis utilizadas em aplicações que requerem resistência mecânica e térmica, tais como peças resistentes ao desgaste; refractários para resistência ao calor; materiais refractários para controlar a expansão térmica; e dispositivos electrónicos semicondutores que funcionam a altas temperaturas ou tensões. A dureza do carboneto de silício torna-o adequado para estas utilizações, enquanto a sua condutividade térmica o torna um material eficaz na resistência ao calor. A sua grande variedade de utilizações vai para além das aplicações mecânicas; alguns exemplos são: abrasivos; peças resistentes ao desgaste; refractários para resistência ao calor; e dispositivos electrónicos semicondutores que funcionam a altas temperaturas ou tensões, respetivamente.

O carboneto de silício cristalino forma uma estrutura compacta composta por átomos ligados covalentemente que formam dois tetraedros de coordenação primária constituídos por quatro átomos de silício e quatro átomos de carbono, o que lhe confere uma dureza e resistência incríveis. Infelizmente, é insolúvel em água ou álcool, mas resistente à maioria dos ácidos/sais orgânicos e inorgânicos (com exceção do ácido fluorídrico e dos fluoretos ácidos).

Os semicondutores de carboneto de silício possuem um grande intervalo de banda que permite a criação de dispositivos muito mais pequenos e mais eficientes do que os equivalentes de silício (Si), abrindo a possibilidade da sua utilização para a eletrónica de potência em veículos eléctricos, bem como para apoiar processos de digitalização em processos industriais.