Carboneto de silício em pó

O pó de carboneto de silício é um material abrasivo e refratário extremamente durável utilizado na produção de dispositivos electrónicos a alta temperatura.

A produção envolve o aquecimento de areia de sílica com fontes de carbono, como o coque de petróleo, num forno de arco elétrico para formar carbonetos de silício pretos e verdes; o silício preto tem impurezas de ferro, produzindo tons mais escuros no seu acabamento.

Propriedades

O carboneto de silício (SiC) é um mineral industrial composto por silício e carbono que tem encontrado uma aplicação generalizada para uso industrial como abrasivo - desde lixas e mós, a revestimentos de fornos industriais e placas de cerâmica para coletes à prova de bala, bem como substratos semicondutores para díodos emissores de luz (LED). O SiC também ocorre naturalmente como mineral moissanite. O SiC também pode ser encontrado naturalmente como mineral moissanite. O SiC também pode ser encontrado naturalmente como moissanite. O SiC tem muitas aplicações, incluindo a utilização como revestimento refratário para fornos industriais, bem como placas de cerâmica utilizadas em coletes à prova de bala para díodos emissores de luz - existe mesmo naturalmente como mineral moissanite.

O alumínio possui uma excelente resistência à abrasão, suportando temperaturas até 1400 graus Celsius sem degradação significativa da sua força. Além disso, a sua resistência à corrosão estende-se aos ácidos inorgânicos, sais e álcalis mais comuns; no entanto, pode corroer em determinadas circunstâncias, como quando entra em contacto com fluoretos ácidos ou ácidos fluorídricos.

O SiC é um material eletricamente isolante com elevada resistência à tração e baixa gravidade específica, com propriedades quimicamente estáveis e eletricamente isolantes, oferecendo uma boa estabilidade química e características não magnéticas. Funde a 2080 graus Celsius. A estrutura compacta do SiC permite a coordenação tetraédrica entre os átomos de silício e de carbono para uma elevada relação resistência/peso e propriedades de condutividade térmica.

Os pós de carboneto de silício podem ser fabricados para atingir vários níveis de pureza, estruturas cristalinas e tamanhos de partículas. Podem ser produzidos utilizando vários processos - redução carbotérmica através do processo de Acheson ou conversão de polímeros, bem como reacções químicas em fase gasosa a alta temperatura - com vários métodos que conduzem à sua criação. Uma vez preparados, estes pós podem ser utilizados no fabrico de artigos cerâmicos, tais como formas refractárias para fornos industriais ou elementos de isolamento elétrico para dispositivos electrónicos, tais como microprocessadores.

Aplicações

O pó de carboneto de silício pode ser utilizado em inúmeras aplicações. Sendo um material muito resistente com condutividade térmica e resistência química superiores, o carboneto de silício suporta temperaturas extremas que vão desde o vidro fundido até aos 1400ºC (2552ºF). O carboneto de silício é frequentemente encontrado como parte de refractários, tais como cerâmica, vidro e paredes de fornos - e até mesmo mós e lixas são fabricadas utilizando o seu aditivo. Além disso, o carboneto de silício é um material integral em semicondutores de alta temperatura e aplicações electrónicas.

O carbono também pode ser encontrado em materiais compósitos como o carboneto de silício reforçado com fibra de carbono (CFRC), que se encontra normalmente nos travões dos automóveis e nos coletes à prova de bala devido à sua excelente resistência à tração e à capacidade de suportar impactos de alta velocidade.

A sílica sinterizada é frequentemente produzida utilizando sinterização a alta pressão a temperaturas que atingem até 11.000degC (1.815degF). O produto final apresenta uma estrutura extremamente compacta, composta por quatro átomos de silício e quatro átomos de carbono ligados entre si numa disposição tetraédrica, propriedades não magnéticas e pode resistir à maioria dos produtos químicos, incluindo hidrocarbonetos alifáticos, álcalis, ácidos orgânicos e sais fundidos; no entanto, não pode resistir a agentes oxidantes fortes, como o ácido fluorídrico e o fluoreto de potássio.

Preparação

O carboneto de silício é um material refratário extremamente duro utilizado em aplicações que incluem mós, pedras de amolar, ferramentas de corte, jato de areia, cortadores de jato de água e cerâmica. Além disso, desempenha um papel fundamental em fornos de alta temperatura utilizados para queimar vidros e cerâmicas a altas temperaturas. Disponível em vários tamanhos de partículas para utilizações específicas, bem como nas formas preta ou branca - mais popularmente a primeira (estrutura cristalina Wurtzite) e a segunda (Zinco Blenda)

Um pó de a-SiC tem uma estrutura cristalina hexagonal e uma dureza Mohs de 7. Pode suportar condições extremas com o seu elevado ponto de fusão e forte condutividade térmica, e não tem problemas de toxicidade ou características insolúveis em água ou álcool. Além disso, a sua resistência a ácidos orgânicos, álcalis, sais e fluoretos ácidos torna-o adequado para muitas utilizações na indústria e em aplicações de engenharia.

As aplicações avançadas requerem a produção de cristais únicos maiores de b-SiC utilizando o método Lely, para que estes possam ser cortados em gemas conhecidas como moissanite sintética. O SiC também pode ser ligado entre si utilizando resinas ou polímeros para formar fibras utilizadas para reforçar metais e outros materiais.

A invenção diz respeito a um processo de fabrico de pós de b-SiC através da mistura de uma fonte de Si que inclui Si e C com um excesso de carbono, aquecendo a composição e, em seguida, filtrando-a, lavando-a e secando-a. Uma vez concluído, estes pós de b-SiC podem ser facilmente pulverizados através de processos subsequentes, como a secagem por lavagem e filtração.

Armazenamento

O carboneto de silício é uma das substâncias mais duras do mundo, rivalizando com o diamante e o carboneto de boro em termos de dureza. Utilizado em aplicações que exigem propriedades térmicas e mecânicas, tais como materiais resistentes ao desgaste, refractários, cerâmicas, semicondutores e abrasivos para semicondutores e aplicações resistentes ao desgaste; revestimentos resistentes ao desgaste; resistência ao choque térmico; baixas taxas de expansão térmica e elevada condutividade eléctrica, o carboneto de silício oferece propriedades excepcionais de resistência, durabilidade e condutividade eléctrica que o tornam uma escolha versátil de material.

As indústrias aeroespaciais dependem fortemente dos componentes em pó de SiC que suportam calor e pressão extremos, incluindo os sistemas de travagem utilizados nos automóveis para melhorar o desempenho e diminuir o desgaste dos rotores e tambores. Entretanto, as indústrias de semicondutores utilizam-no em equipamento de processamento de bolachas para gerir o calor de forma mais eficaz, bem como em placas cerâmicas de coletes à prova de bala que protegem os soldados de impactos de alta velocidade.

O carboneto de silício preto é produzido num forno de resistência eléctrica a altas temperaturas, utilizando areia de quartzo e coque de petróleo como matérias-primas primárias. Tem uma dureza média entre a alumina fundida e o diamante sintético e pode ser utilizado como material abrasivo no processamento de materiais de baixa resistência à tração, como ferro fundido, metais não ferrosos, rocha, couro e borracha. Além disso, o carboneto de silício preto é frequentemente utilizado na produção de materiais refractários e aditivos metalúrgicos.