Usos do carbeto de silício

O carbeto de silício (SiC) é um material extremamente duro com inúmeras utilizações. Você pode encontrar o SiC em discos de freio de “cerâmica” de alto desempenho para carros ou até mesmo em placas de cerâmica para coletes à prova de balas.

A moissanita ocorre naturalmente como um mineral raro, mas tem sido produzida em massa como pó desde 1893 para uso como abrasivo. Além disso, seu uso é um componente essencial em componentes eletrônicos semicondutores que operam sob temperaturas e condições de tensão extremas.

Refratários de alta temperatura

Os refratários de carbeto de silício são materiais de alto desempenho com força excepcional, resistência à corrosão e estabilidade a choques térmicos. Disponíveis na forma de tijolos ou revestimentos, os refratários de carbeto de silício são usados em aplicações de alta temperatura, como sais fundidos e produção de escória ácida; sua característica especial é a resistência ao amolecimento de até 15.000 C em temperaturas tão altas quanto o ponto de fusão deste último (sendo o carbeto de silício preto [SiC] a matéria-prima usada para esses refratários).

O carbeto de silício, comumente conhecido por sua fórmula química SiC, é um composto cristalino extremamente duro produzido sinteticamente, composto de silício e carbono, que ocorre naturalmente como o raro mineral moissanita; no entanto, a produção em massa começou em 1893 para uso como abrasivos e peças resistentes ao desgaste na indústria e em motores de foguetes; além disso, serve como substrato semicondutor em diodos emissores de luz (LED).

Os refratários de carbeto de silício ligados com argila são a opção ideal para uso em aplicações de alta temperatura, pois o processo de ligação garante a integridade estrutural em altas temperaturas e, ao mesmo tempo, resiste a ácidos e outros materiais corrosivos. Além disso, esses refratários relativamente baratos têm se mostrado extremamente duráveis ao longo do tempo; muitas vezes, são testados por meio de testes de corrosão a vapor (fotografando, pesando e medindo amostras de teste antes de serem expostas ao vapor por 500 horas para verificar seu desempenho sob pressões e temperaturas extremas).

Peças resistentes ao desgaste

O carbeto de silício pode ser usado em uma série de aplicações resistentes ao desgaste. Devido à sua resistência superior, dureza, durabilidade, resistência ao ataque químico e resistência à temperatura, o carbeto de silício é um excelente material para combater o desgaste do aço e das ligas metalúrgicas, o que o torna adequado para substituir rolos ou peças metálicas em laminadores de aço, bombas de areia, hidrociclones, britadores ou tubos de revestimento de cilindros.

A galvanização sem eletrólito oferece outra vantagem; isso permite que ela seja aplicada de forma mais consistente sem criar inconsistências típicas dos processos tradicionais de niquelagem, garantindo que os cantos e recessos afiados permaneçam afiados sem o acúmulo de bordas, enquanto os orifícios passantes permanecem intactos e inalterados em praticamente qualquer configuração geométrica.

O carbeto de silício se destaca entre os materiais para dispositivos eletrônicos por sua resistência superior à temperatura e estrutura atômica exclusiva, oferecendo propriedades semicondutoras excepcionais que o tornam adequado para a fabricação de dispositivos eletrônicos. Sua resistência a variações de temperatura é até 10 vezes maior que a do silício, o material de referência na produção de semicondutores, bem como a resistência a choques térmicos e a capacidade de suportar pressões muito altas. O carbeto de silício é amplamente utilizado como um componente importante em semicondutores de energia para geradores de alta tensão e carregadores de bordo para sistemas de carregamento de veículos híbridos e elétricos, além de ser usado como substituto de baterias de lítio caras, mas ambientalmente perigosas.

Dispositivos semicondutores

O carbeto de silício em sua forma pura atua como um isolante elétrico; mas quando modificado com impurezas ou agentes dopantes, sua condutividade elétrica muda para exibir propriedades de semicondução, não permitindo o fluxo de corrente livre, mas também não a repelindo. Essas características de semicondutividade tornam o carbeto de silício adequado para a criação de dispositivos eletrônicos que amplificam, alternam ou convertem sinais em circuitos elétricos.

Os dispositivos de carbeto de silício se beneficiam de um amplo intervalo de banda que lhes permite operar em temperaturas e frequências mais altas do que os semicondutores tradicionais, tornando-os adequados para contextos industriais e proporcionando ganhos significativos de eficiência energética em comparação com seus equivalentes de silício.

Os dispositivos de energia de carbeto de silício são amplamente utilizados em sistemas de trânsito ferroviário para reduzir as perdas de energia e aumentar a eficiência do transporte de carga, além de serem empregados em inversores solares e dispositivos de armazenamento de energia para melhorar a eficiência e a confiabilidade.

A dinâmica do mercado de carbeto de silício está em constante evolução, pois novas aplicações impulsionam sua expansão e demanda. As aplicações incluem o setor de eletrônica de potência, automotivo e aeroespacial. O crescimento do mercado de carbeto de silício para eletrônicos de potência está projetado em mais de 27% até 2021, devido ao aumento da demanda por veículos elétricos e infraestrutura 5G, juntamente com estações de carregamento rápido; como resultado, a expansão da capacidade e o investimento em novas tecnologias devem ocorrer para fornecer dispositivos de energia eficientes para apoiá-los.

Processamento químico

O carbeto 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 quanto o diamante. O SiC pode ser encontrado em aplicações que vão desde processos de usinagem abrasiva, como jateamento de areia e retificação, até peças resistentes ao desgaste para fornos industriais, peças resistentes ao desgaste para substratos de produção de diodos emissores de luz e diodos emissores de luz (LED).

Os refratários também podem ser usados em materiais compostos, como os encontrados em coletes à prova de balas. Sua resistência e durabilidade permitem que eles resistam a impactos de balas com alta velocidade, enquanto sua baixa taxa de seção transversal de nêutrons os protege de danos por radiação.

A ligação por reação e a sinterização podem ser usadas para criar SiC, cada uma produzindo microestruturas diferentes no material final. O SiC ligado por reação é produzido por meio 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, em seguida, ligam as partículas iniciais. O SiC sinterizado também pode ser produzido usando pó de SiC puro misturado com auxiliares de sinterização sem óxido e aquecido a temperaturas elevadas até que ocorra a solidificação.

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