Carburo de silicio Definición

El carburo de silicio, más comúnmente conocido por sus siglas SiC, es un material abrasivo compuesto de silicio y carbono que se produce industrialmente desde finales del siglo XIX para su uso como abrasivo. Además, existen depósitos naturales de SiC en formaciones minerales de moissanita.

Los esmaltes cerámicos contienen polvos de esta sustancia que, cuando se añaden a las cocciones de cerámica en horno, producen burbujas de vidrio que añaden atractivo visual y textural.

Abrasivo

El carburo de silicio es una sustancia extremadamente dura que se utiliza como medio de granallado al moler materiales, con una calificación en la escala de Mohs cercana a la del diamante. Además, este material cerámico forma parte de muelas abrasivas y herramientas de corte, y se encuentra en productos como tela de esmeril, papel de lija y suelas de zapatos, ladrillos refractarios para hornos de la industria metalúrgica no férrea y cerámica como ladrillos refractarios en hornos de la industria metalúrgica no férrea como ladrillos refractarios en hornos de la industria metalúrgica no férrea o en aplicaciones de alta temperatura como las placas cerámicas de los chalecos antibalas.

Las cualidades abrasivas del carburo de silicio se deben a su estructura cristalina en capas. Cada átomo de carbono se enlaza con cuatro átomos de silicio en una configuración octaédrica que le confiere fuertes propiedades de enlace, lo que convierte a este material en una de las únicas sustancias sintéticas con tales propiedades, que suponen una declaración impactante sobre las aplicaciones industriales de alto rendimiento.

Los espejos de carburo de silicio son el material ideal para su uso en telescopios astronómicos por sus características de rigidez, baja expansión térmica y resistencia. Tanto el telescopio espacial Herschel como el telescopio espacial Gaia utilizan espejos de carburo de silicio para reflejar la luz. La deposición química de vapor es un medio eficaz para crear estos materiales, ya que el silicio y el carbono crecen juntos formando películas policristalinas sobre sustratos de vidrio.

Semiconductor

Los semiconductores de carburo de silicio han avanzado mucho en la industria del automóvil gracias a su capacidad para soportar altas tensiones. Esta hazaña puede atribuirse a su amplia banda prohibida, que permite a los electrones pasar más fácilmente que los semiconductores de silicio estándar.

Las propiedades únicas del carburo de silicio lo hacen adecuado para diversas aplicaciones eléctricas, incluida la generación de energía. Así, el carburo de silicio es cada vez más popular en aplicaciones de vehículos eléctricos, donde crea componentes electrónicos de potencia más eficientes y potentes que pueden soportar tensiones más altas que sus equivalentes de silicio.

El carburo de silicio no existe en la naturaleza (excepto como un raro mineral llamado moissanita), pero se produce en masa en forma de polvo desde hace más de 100 años y ahora se utiliza en aplicaciones como muelas abrasivas, abrasivos y chalecos antibalas. Sus propiedades superiores incluyen una gran dureza (9 en la escala de Mohs), inercia química, conductividad térmica y resistencia a la abrasión, cualidades que hacen que el carburo de silicio sea muy solicitado por los fabricantes de estas aplicaciones.

El carburo de silicio se forma en dos tetraedros de coordinación primarios compuestos por cuatro átomos de silicio y cuatro de carbono unidos covalentemente por enlaces covalentes, conocidos como tetraedros de coordinación. Alterando su disposición atómica para producir diferentes poliotipos se pueden producir estructuras cristalinas. Mediante la adición de impurezas, como sustancias trivalentes o pentavalentes, los ingenieros pueden alterar las propiedades eléctricas para adaptarlas a distintas aplicaciones. Entre los dopantes más populares se encuentran el boro, el fósforo y el arsénico como dopantes del carburo de silicio.

Resistente al calor

La dureza y durabilidad del carburo de silicio le permiten resistir altas temperaturas y el desgaste, por lo que es un material clave en revestimientos de hornos industriales, componentes de motores de cohetes, herramientas resistentes al desgaste como muelas y cuchillas de herramientas, cerámicas e incluso dopado con nitrógeno, fósforo, aluminio o galio para producir semiconductores utilizados en electrónica como los diodos emisores de luz (LED).

El carburo de silicio se encuentra de forma natural en el mineral moissanita. Descubierto por primera vez en 1893 en el cráter del meteorito Canyon Diablo, en Arizona, su estructura se asemeja a la de los diamantes.

El carburo de silicio se utiliza desde hace tiempo en artesanía por sus propiedades abrasivas. Se utiliza para lijar madera, metales y piedras hasta conseguir superficies lisas para pintar o barnizar; además, es un material integral en la lapidaria moderna, que se emplea en numerosas técnicas, desde el grabado de vidrio hasta la talla de piedra.

Elkem SiC ofrece carburo de silicio StarCeram S, una cerámica industrial que puede moldearse en diversas formas y tamaños para aplicaciones específicas, con finos acabados superficiales para pulido. Nuestras instalaciones de Lieja (Bélgica) cuentan con equipos avanzados capaces de fabricar productos de carburo de silicio según especificaciones precisas.

Conductor eléctrico

El carburo de silicio (SiC), comúnmente conocido como carborundo, se encuentra en la naturaleza como el mineral moissanita y se produce en masa en forma de polvo desde 1893 para aplicaciones abrasivas como muelas abrasivas. Desde 1893 también se sinteriza en masa para formar cerámicas muy duras que se utilizan en aplicaciones que requieren una gran resistencia, como frenos de automóviles, embragues y chalecos antibalas con placas cerámicas de SiC incrustadas con silicio de banda prohibida ancha en estas capacidades. La amplia banda prohibida del SiC lo hace superior al silicio en estos aspectos.

La banda prohibida se refiere a la cantidad de energía necesaria para que los electrones transiten entre las bandas de valencia y conducción de un átomo, lo que hace que los electrones se muevan con mayor rapidez y eficacia, características esenciales para los dispositivos semiconductores que funcionan a altas velocidades y/o tensiones. Un bandgap más amplio permite a los electrones desplazarse más rápidamente entre estas bandas.

El SiC tiene un bandgap más amplio que el silicio semiconductor tradicional, lo que lo convierte en un material ideal para la electrónica de potencia, como la de los inversores de tracción de los vehículos eléctricos. La conductividad térmica del SiC, superior a la del silicio, aumenta aún más esta ventaja y permite un funcionamiento más eficiente de la electrónica de potencia sin necesidad de sistemas de refrigeración activos que añaden peso y coste a los vehículos eléctricos.