Carburo di silicio in polvere

La polvere di carburo di silicio è ampiamente utilizzata per la sua durezza in processi di lavorazione abrasivi come la rettifica, la levigatura, il taglio a getto d'acqua e la sabbiatura. Inoltre, i giubbotti antiproiettile utilizzano il carburo di silicio per assorbire gli impatti dei proiettili.

La graniglia di carborundum è un abrasivo ampiamente utilizzato nelle moderne applicazioni lapidarie. Inoltre, si può trovare come parte della tecnica di stampa del collage al carborundum.

Durezza

La polvere di carburo di silicio è un composto cristallino duro e sintetico di silicio e carbonio con una durezza di 9,5 sulla scala Mohs, che lo colloca tra il diamante e il corindone come uno dei materiali abrasivi comuni più duri. Utilizzato per la rettifica, la sabbiatura, la lappatura e la resistenza chimica a temperature elevate, il carburo di silicio trova numerose applicazioni come materiale abrasivo.

Edward Acheson sintetizzò artificialmente la moisanite per la prima volta nel 1891, riscaldando elettricamente una miscela di argilla (silicato di alluminio) e coke in polvere. Acheson osservò piccoli cristalli neri quando riscaldò elettricamente la miscela; Acheson riteneva che il suo composto assomigliasse al corindone (una pietra preziosa simile al diamante per durezza), mentre il chimico premio Nobel Henri Moissan osservò in seguito la sua forma naturale come cristalli di moisanite nel Diablo Canyon in California come cristalli di moisanite minerale trasparente.

Il SiC è un'eccellente ceramica refrattaria che vanta un'ottima stabilità e una bassa espansione termica quando viene riscaldata a temperature estremamente elevate, offrendo purezza chimica e resistenza all'ossidazione a queste temperature estreme. Di conseguenza, il SiC è ampiamente utilizzato come supporto per vassoi di wafer e palette nei forni per semiconduttori, nei forni industriali e nei motori a razzo, nonché per i substrati dei diodi a emissione luminosa. Il carburo di silicio verde di Panadyne ha raggiunto una purezza di oltre 99%, superando gli standard JIS, ISO e FEPA!

Conduttività termica

Il carburo di silicio (SiC) è uno dei materiali più duri disponibili, con una durezza Mohs pari a 9. Nonostante la sua durezza, presenta anche un'eccellente conducibilità termica e può operare ad alte temperature senza danneggiare se stesso o le strutture vicine.

Il SiC si forma attraverso due metodi principali: l'incollaggio per reazione o la sinterizzazione. Entrambi i processi hanno un impatto significativo sulla microstruttura dei prodotti finali di SiC: il SiC legato per reazione può essere prodotto infiltrando compatti di miscela di carbonio e silicio con silicio liquido che lega tra loro le particelle iniziali, mentre la sinterizzazione prevede la cottura di SiC in polvere a temperature superiori a 2000oC per almeno un'ora in un ambiente inerte.

Entrambi i metodi producono lingotti di SiC con strutture cristalline stratificate, che vengono poi tagliati e selezionati per diventare SiC verde o nero, adatto a vari usi in applicazioni come abrasivi, refrattari e metallurgia.

Alla spettroscopia Raman, le micropolveri di SiC mostrano tipicamente forti picchi che corrispondono sia ai fononi ottici trasversali (TO) che a quelli longitudinali (LO); ciò indica che il materiale sintetizzato appartiene al politipo 3C.

La moissanite, la forma minerale naturale del carburo di silicio, è estremamente rara e si trova solo in quantità limitate all'interno di meteoriti, depositi di corindone e kimberliti. La maggior parte del SiC venduto in commercio (compresi i gioielli in moissanite) oggi è sintetico. La produzione di carburo di silicio artificiale è iniziata intorno al 1891 e poco dopo sono stati prodotti abrasivi industriali con questo materiale; anche i primi rivelatori radiofonici lo utilizzavano e i diodi a emissione luminosa (LED).

Resistente alla corrosione

Il carburo di silicio è chimicamente inerte e resistente alla corrosione della maggior parte degli acidi (cloridrico, solforico e fluoridrico) e delle basi (idrossidi di sodio concentrati). Inoltre, la sua durezza lo rende ideale per supportare le maschere di lavorazione dei wafer di semiconduttori realizzate in quarzo; tuttavia, questo materiale si deforma alle alte temperature e si consuma con la pulizia con sostanze chimiche come l'acido fluoridrico se esposto troppo a lungo. L'inerzia chimica del carburo di silicio lo rende anche un eccellente materiale di supporto grazie alla sua resistenza.

Il carburo di silicio esiste naturalmente come minerale trasparente noto come moissanite. Identificato per la prima volta nel 1893 dal chimico premio Nobel Henri Moissan in un meteorite dell'Arizona proveniente dall'area di Canyon Diablo, come materiale non cristallino, questa scoperta ha segnato il suo debutto in natura.

L'RSiC è un composto ceramico composto da silicio e carbonio con un rapporto Si/C di 4:1 e una densità di 3,21 g cm-3 . Sebbene sia insolubile in acqua, questo materiale può essere dissolto in alcali (NaOH o KOH) e in soluzioni contenenti ferro (NaF).

L'RSiC è spesso utilizzato per la sua durezza durante vari processi di lavorazione abrasivi come la rettifica, l'affilatura e il taglio a getto d'acqua. Inoltre, le sue proprietà di materiale di supporto e di scaffale lo rendono utile nei forni ad alta temperatura per la cottura del vetro, della ceramica o per la fusione dei metalli; serve inoltre come ingrediente essenziale dei giubbotti antiproiettile, dei freni e delle frizioni delle automobili, delle ceramiche ad alte prestazioni come i diodi a emissione luminosa.

Resistente all'usura

Il carburo di silicio è uno dei materiali più duri conosciuti, paragonabile al diamante e al carburo di boro. Inoltre, la sua resistenza all'abrasione e allo stress termico supera i 1400degC per applicazioni ad alta temperatura, come la lavorazione o la sabbiatura. Inoltre, il carburo di silicio resiste alla corrosione dei prodotti chimici acidi utilizzati per queste attività: perfetto per le alte temperature!

La durata può essere misurata con la resistenza all'usura, un aspetto che può essere determinato con test di attrito. I risultati dei test rivelano che il carburo di silicio supera gli acciai speciali per la lavorazione del terreno per quanto riguarda la resistenza all'usura in tutti i tipi di terreno; in particolare, la saldatura per imbottitura F-61 con un maggiore contenuto di niobio presenta livelli di intensità di usura quasi due volte inferiori rispetto all'acciaio XAR 600 in condizioni simili.

La ceramica SiC ha una microstruttura eccezionale che crea proprietà meccaniche eccezionali, con un'eccezionale conduttività termica e un basso coefficiente di espansione, che la rendono adatta ad applicazioni ad alta temperatura e ad ambienti aggressivi come la resistenza alla corrosione. Inoltre, la sua capacità di resistere a forti impatti la rende altamente durevole e con grandi capacità di sopportazione - qualità che rendono questa ceramica un'opzione interessante per usi industriali come la lavorazione e la sabbiatura, poiché è disponibile in una gamma di granulometrie che vanno dalla grana grossa alla grana fine.