Formula carburii de siliciu

Carbura de siliciu (SiC) este un compus sintetic extrem de dur din siliciu și carbon care se găsește în mod natural sub formă de piatră prețioasă moissanite și, într-o mai mică măsură, în meteoriții carbonacei chondrite.

Produs prin topirea nisipului de siliciu și a cocsului la temperaturi ridicate într-un cuptor electric, cuarțul există în cel puțin 70 de forme cristaline diferite; forma alfa cu structură cristalină hexagonală similară cu Wurtzitul fiind cea mai răspândită.

Proprietăți fizice

Carbura de siliciu, denumită mai frecvent Carborundum, este un compus ceramic neoxid cu proprietăți excepționale de duritate și rezistență chimică, care se situează pe locul doi după diamant. În plus, carbura de siliciu sub formă pură rezistă oxidării la temperaturi mai ridicate pentru o conductivitate și o conductivitate electrică mai fiabile.

Se încălzește nisipul silicios cu carbon într-un cuptor electric pentru a produce SiC. Materialul cristalin de culoare verde până la negru-albăstrui poate fi apoi separat în clase cu proprietăți fizice diferite: de exemplu, clasa metalurgică A are straturi grosiere, în timp ce cristalele mai netede din clasa b formează structuri mai netede.

Aceste politipuri de structuri stratificate prezintă proprietăți electrice, optice și termice deosebite. Legăturile lor atomice constau în patru atomi de siliciu legați de patru atomi de carbon într-un model pătrat neregulat care formează patru cristale hexagonale; acest lucru oferă proprietăți semiconductoare cu bandă largă. Prin extrudare sau presare izostatică la rece, aceste materiale pot fi transformate în tije sau tuburi pentru a fi utilizate ca tije și tuburi.

Proprietăți chimice

Carbura de siliciu (SiC), denumită mai frecvent carborundum, este un compus chimic dur din siliciu și carbon cu proprietăți semiconductoare cu bandă largă. Refractar în natură, SiC este, de asemenea, cunoscut pentru conductivitatea termică ridicată și proprietățile reduse de dilatare termică care îi conferă o rezistență deosebită la șocurile termice.

SiC cristalin cristalizează într-o structură compactă cu patru atomi de siliciu și patru atomi de carbon legați în coordonare tetraedrică și are peste 70 de politipuri; alfa SiC se găsește cel mai frecvent la temperaturi de peste 2000 de grade C cu structură cristalină hexagonală similară cu Wurtzite. Între timp, modificarea beta cu structură cristalină zincblendă similară diamantului și formarea de sferită are loc la temperaturi mai scăzute.

Carborundumul este o substanță extrem de rară în natură, dar un element de bază în meteoriții din spațiu bogați în carbon. Sintetizat artificial pentru prima dată în 1891 de Edward Acheson ca parte a activității sale de producere a diamantelor artificiale, materialul a fost descoperit în mod natural în meteoritul Canyon Diablo din Arizona în 1893 și denumit moissanite după laureatul premiului Nobel Henri Moissan.

Proprietăți mecanice

Carbura de siliciu are o suprafață extrem de dură, cu o valoare de 9 pe scara Mohs, ceea ce o face cea mai dură ceramică neoxidată și unul dintre cele mai dure materiale în general. Este un material excelent pentru aplicații care implică uzură mecanică, cum ar fi materialele abrazive și refractare, având în același timp proprietăți termice bune care rezistă la medii cu temperaturi ridicate, precum și la șocuri termice.

Siliciul înlocuiește jumătate din atomii de carbon, oferind proprietăți îmbunătățite de conducție a căldurii datorită razei atomice similare între siliciu și carbon - contribuind la reducerea împrăștierii fononilor.

Carbura de siliciu apare sub formă de cristale irizate de la galben la verde până la negru albăstrui, care se sublimează prin descompunere la 2700degC. Deși insolubil în apă, SiC este solubil în alcalii topite, cum ar fi NaOH și KOH, precum și în fier topit, iar modulul Young și duritatea sa sunt determinate de textură, defectele de stivuire, dimensiunea grăunților și natura granițelor.

Proprietăți electrice

Energia de bandă largă a carburii de siliciu îi permite să reziste la temperaturi și tensiuni mai ridicate decât siliciul, ceea ce o face potrivită pentru aplicații care necesită dispozitive electronice rapide, dar fiabile. În plus, capacitatea sa de a rezista la astfel de tensiuni este neprețuită în sistemele de baterii pentru vehicule electrice care reduc atât dimensiunea, cât și greutatea prin eliminarea completă a invertoarelor.

SiC este un material popular datorită combinației sale de proprietăți ceramice și semiconductoare, care contribuie la progresul tehnologiei electronice. În plus, duritatea, rezistența, dilatarea termică redusă și rezistența la reacții chimice au contribuit la creșterea popularității sale.

Carbura de siliciu este creată prin încălzirea nisipului de siliciu pur cu carbon într-un cuptor electric, creând lingouri atât de calitate metalurgică, cât și abrazivă, cunoscute sub numele de a-SiC și b-SiC, în funcție de calitate și de utilizarea prevăzută. După formarea lingourilor, acestea sunt tăiate în diferite dimensiuni și forme, în funcție de aplicațiile dorite, înainte de a fi amestecate cu elemente suplimentare precum aluminiu sau azot pentru caracteristicile dorite.