Utilizações do carboneto de silício

O carboneto de silício (SiC) é um material extremamente duro com inúmeras utilizações. É possível encontrar SiC em discos de travão "cerâmicos" de alto desempenho para automóveis ou mesmo em placas de cerâmica para coletes à prova de bala.

A moissanite ocorre naturalmente como um mineral raro, mas tem sido produzida em massa como pó desde 1893 para utilização como abrasivo. Além disso, a sua utilização como componente essencial na eletrónica de semicondutores que funciona sob temperaturas e condições de tensão extremas.

Refractários de alta temperatura

Os refractários de carboneto de silício são materiais de elevado desempenho com uma força excecional, resistência à corrosão e estabilidade ao choque térmico. Disponíveis sob a forma de tijolos ou revestimentos, os refractários de carboneto de silício são utilizados em aplicações de alta temperatura, tais como a produção de sais fundidos e escórias ácidas; a sua caraterística especial é a sua resistência ao amolecimento até 15000 C em temperaturas tão elevadas como o ponto de fusão deste último (sendo o carboneto de silício preto [SiC] a matéria-prima utilizada para estes refractários).

O carboneto de silício, normalmente designado pela sua fórmula química SiC, é um composto cristalino extremamente duro produzido sinteticamente, composto por silício e carbono, que ocorre naturalmente como o mineral raro moissanite; no entanto, a produção em massa começou em 1893 para utilização como abrasivos e peças resistentes ao desgaste na indústria e em motores de foguetões; além disso, serve como substrato semicondutor em díodos emissores de luz (LED).

Os refractários de carboneto de silício ligados com argila são uma escolha ideal para utilização em aplicações de alta temperatura, uma vez que o processo de ligação assegura a integridade estrutural a altas temperaturas, resistindo simultaneamente a ácidos e outros materiais corrosivos. Além disso, estes refractários relativamente baratos têm-se revelado extremamente duráveis ao longo do tempo, sendo frequentemente testados através de ensaios de corrosão por vapor (fotografando, pesando e medindo amostras de ensaio antes de serem expostas ao vapor durante 500 horas para verificar o seu desempenho sob pressões e temperaturas tão extremas).

Peças resistentes ao desgaste

O carboneto de silício pode ser utilizado numa série de aplicações resistentes ao desgaste. Devido à sua força superior, dureza, durabilidade, resistência ao ataque químico e resistência à temperatura, o carboneto de silício é um excelente material para combater o desgaste do aço e das ligas metalúrgicas, tornando-o adequado para substituir rolos ou peças metálicas em laminadores de aço, bombas de areia, hidrociclones, trituradores ou tubos de revestimento de cilindros.

A niquelagem electrolítica oferece outra vantagem; permite que seja aplicada de forma mais consistente, sem criar inconsistências típicas dos processos tradicionais de niquelagem, assegurando que os cantos afiados e as reentrâncias permaneçam afiados sem acumulação de arestas, enquanto os orifícios passantes permanecem inalterados e inalterados em quase todas as configurações geométricas.

O carboneto de silício destaca-se entre os materiais para dispositivos electrónicos pela sua resistência superior à temperatura e pela sua estrutura atómica única, oferecendo propriedades semicondutoras excepcionais que o tornam adequado para o fabrico de dispositivos electrónicos. A sua resistência às variações de temperatura é até 10 vezes superior à do silício, o material de eleição na produção de semicondutores, bem como a resistência ao choque térmico e a capacidade de suportar pressões muito elevadas. O carboneto de silício é amplamente utilizado como um componente importante em semicondutores de potência para geradores de alta tensão e carregadores de bordo para sistemas de carregamento de veículos híbridos e eléctricos, sendo também utilizado como substituto de baterias de lítio dispendiosas mas perigosas para o ambiente.

Dispositivos semicondutores

O carboneto de silício, na sua forma pura, actua como um isolador elétrico; mas quando modificado com impurezas ou agentes dopantes, a sua condutividade eléctrica altera-se, passando a apresentar propriedades de semi-condução, não permitindo a passagem de corrente livre, mas também não a repelindo. Estas características de semi-condutividade tornam o carboneto de silício adequado para a criação de dispositivos electrónicos que amplificam, comutam ou convertem sinais em circuitos eléctricos.

Os dispositivos de carboneto de silício beneficiam de um grande intervalo de banda que lhes permite funcionar a temperaturas e frequências mais elevadas do que os semicondutores tradicionais, tornando-os adequados para contextos industriais e proporcionando ganhos significativos de eficiência energética em comparação com os seus homólogos de silício.

Os dispositivos de potência de carboneto de silício são amplamente utilizados em sistemas de trânsito ferroviário para reduzir as perdas de energia e aumentar a eficiência de transporte de carga, sendo também utilizados em inversores solares e dispositivos de armazenamento de energia para melhorar a eficiência e a fiabilidade.

A dinâmica do mercado do carboneto de silício está em constante evolução, uma vez que as novas aplicações impulsionam a sua expansão e procura. As aplicações incluem a indústria da eletrónica de potência, a indústria automóvel e a indústria aeroespacial. O crescimento do mercado de carboneto de silício para a eletrónica de potência está projetado em mais de 27% até 2021 devido ao aumento da procura de veículos eléctricos e de infra-estruturas 5G, juntamente com estações de carregamento rápido; consequentemente, a expansão da capacidade e o investimento em novas tecnologias devem ter lugar para fornecer dispositivos de energia eficientes para os apoiar.

Processamento químico

O carboneto de silício (SiC) é um composto de silício e carbono extremamente duro, produzido sinteticamente, com uma classificação de dureza Mohs de 9 e é quase tão duro como o diamante. O SiC pode ser encontrado em aplicações que vão desde processos de maquinagem abrasiva, como jato de areia e retificação, a peças resistentes ao desgaste para fornos industriais, peças resistentes ao desgaste para substratos de produção de díodos emissores de luz e díodos emissores de luz (LED).

Os refractários também podem ser utilizados em materiais compósitos, como os que se encontram nos coletes à prova de bala. A sua resistência e durabilidade permitem-lhes suportar impactos de balas a alta velocidade, enquanto a sua baixa taxa de secção transversal de neutrões os protege dos danos causados pela radiação.

A ligação por reação e a sinterização podem ser ambas utilizadas para criar SiC, produzindo cada uma delas microestruturas diferentes no material final. O SiC ligado por reação é produzido através da infiltração de compactos de misturas de SiC e carbono com silício líquido, que reage com o carbono para formar mais partículas de SiC que depois ligam as iniciais. O SiC sinterizado também pode ser produzido utilizando pó de SiC puro misturado com auxiliares de sinterização não óxidos e aquecido a temperaturas elevadas até ocorrer a solidificação.

A American Elements oferece uma vasta seleção de grãos e pós de sílica fundida e carboneto de primeira qualidade, adequados para aplicações nas indústrias refractária, aeroespacial, automóvel, química e alimentar, bem como em muitas outras. O nosso avançado equipamento de trituração, moagem e classificação permite-nos produzir estes grãos que excedem as normas ANSI, FEPA e JIS.