Propriedades do carbeto de silício

O carbeto de silício (SiC) é um material extremamente durável, com uma classificação de dureza de 9 na escala Mohs e um apelo estético que rivaliza com o do diamante.

O EAG Laboratories tem ampla experiência na análise de SiC para essas propriedades usando técnicas analíticas em massa e espacialmente resolvidas. Ele pode funcionar como isolante elétrico e semicondutor.

Dureza

O carbeto de silício é uma das substâncias mais duras do mundo, ocupando o nono lugar na escala Mohs e perdendo apenas para o diamante em termos de dureza. O carbeto de boro e o diamante são ainda mais duros que o carbeto de silício - outros usos incluem ferramentas de corte, coletes à prova de balas, peças automotivas e espelhos para telescópios astronômicos. A superfície dura e forte do carbeto de silício é excelente para uso como abrasivos de corte e ferramentas de corte, materiais estruturais (coletes à prova de balas), peças automotivas e espelhos usados por telescópios!

A cerâmica resistente a choques térmicos é uma cerâmica extremamente dura e sem óxido. Devido à sua força, alta condutividade térmica, baixa taxa de expansão térmica e excelente resistência à oxidação, ela se torna um material refratário indispensável.

O carbeto de silício (número atômico 14) e o carbono (número atômico 6) formam um composto inorgânico conhecido como carbeto de silício, com dois tetraedros de coordenação primária formados por quatro átomos de carbono e quatro átomos de silício ligados covalentemente entre si, criando uma estrutura excepcionalmente forte e rígida, com resistência e rigidez superiores; seus polímeros podem até se empilhar para formar polímeros. O carbeto de silício oferece propriedades semicondutoras de banda larga, exigindo três vezes menos energia para liberar os elétrons dos estados orbitais em comparação com o silício.

Resistência à corrosão

A propriedade mais importante do carbeto de silício é sua resistência à corrosão. Além de ser resistente aos ácidos mais agressivos (clorídrico, sulfúrico e fluorídrico), às bases e aos solventes imagináveis, bem como aos meios oxidantes, como o ácido nítrico ou o vapor, ele ainda apresenta excelentes propriedades de isolamento contra danos causados por temperaturas extremas ou campos elétricos.

O carbeto de silício sinterizado oferece excelente resistência térmica devido à sua natureza densa, dureza, características de semicondutor de banda larga que permitem um menor consumo de energia de elétrons para o deslocamento da banda de condução e seu baixo coeficiente de expansão térmica.

A resistência à corrosão também pode ser aprimorada pela presença de aditivos de sinterização, fases de contorno de grão e porosidade; seu tipo e quantidade dependem da rapidez com que a corrosão reage com outros ambientes.

Os estados de oxidação do carbeto de silício podem ser controlados por meio da atuação do carbono como agente passivador, ajudando a reduzir as taxas de corrosão e a prolongar a vida útil do produto quando exposto a ambientes oxidantes em serviço.

Condutividade térmica

O carbeto de silício é um material extremamente duro, situado em algum lugar entre a alumina (9 na escala Mohs) e o diamante (10). Devido à sua combinação de dureza e estabilidade térmica, o carbeto de silício é uma excelente opção de material para aplicações mecânicas exigentes em peças projetadas para suportar materiais resistentes ao desgaste, bem como refratários.

Além disso, devido à sua excelente resistência a choques térmicos e à sua baixa taxa de expansão térmica, a borracha de silicone é adequada para uso em ambientes de alta temperatura e em componentes usados em sistemas de tubulação.

O carbeto de silício pode ser dopado com vários elementos para alterar suas propriedades eletrônicas. A dopagem com nitrogênio ou fósforo o transformará em um semicondutor do tipo n, enquanto a dopagem com berílio, boro ou alumínio o transformará em um semicondutor do tipo p.

A diferença de bandgap do carbeto de silício entre suas bandas de valência e de condução dificulta a alternância dos elétrons entre as duas bandas, permitindo que ele suporte até 10 vezes mais campos elétricos antes de se tornar frágil e quebrar do que o silicone.

Condutividade elétrica

O carbeto de silício oferece uma gama de propriedades elétricas que podem ser adaptadas por dopagem. A dopagem envolve a adição de impurezas em sua estrutura cristalina para formar elétrons livres e buracos que conduzem eletricidade, dando ao SiC valores de condutividade dez vezes maiores do que o silício.

As propriedades elétricas do carbeto de silício são determinadas, em grande parte, por seu "band-gap". Essa diferença entre os níveis de energia da banda de valência e da banda de condução de um átomo determina a quantidade de campo elétrico que ele pode suportar; o carbeto de silício apresenta um intervalo de banda mais amplo do que sua contraparte de silício, permitindo que ele tolere quase o dobro da tensão.

A alta resistência à tensão torna o neodímio ideal para uso em dispositivos de energia de veículos elétricos, proporcionando distâncias de condução mais longas e maior eficiência no gerenciamento da bateria. Além disso, seu peso mais leve em comparação com alternativas como o nitreto de gálio permite que os fabricantes de eletrônicos de potência reduzam significativamente o tamanho e o peso e, ao mesmo tempo, suportem altas temperaturas com coeficiente de expansão térmica mínimo.