Struttura del carburo di silicio

Il carburo di silicio è uno dei materiali ceramici avanzati più resistenti. Grazie alle sue proprietà superiori di forza, rigidità, bassa espansione termica e resistenza alla corrosione, il carburo di silicio è un materiale eccellente per i freni e le frizioni delle automobili e per i giubbotti antiproiettile.

Il carburo di silicio è uno dei materiali più duri, secondo solo al carburo di boro e al diamante. Viene spesso scelto come opzione per l'uso nei materiali refrattari colati e negli abrasivi.

Durezza

Il carburo di silicio è una delle sostanze più dure attualmente conosciute, in grado di competere con materiali duri come il diamante e il carburo di boro in termini di durezza. Per questo motivo, il carburo di silicio è ampiamente utilizzato nella produzione di armi e piastre di armatura.

L'elevata forza e la resistenza allo scorrimento rendono la ceramica refrattaria un materiale adatto per i rivestimenti dei forni industriali e gli elementi di riscaldamento, le parti delle pompe, i componenti dei motori a razzo e i substrati ceramici per i diodi a emissione luminosa.

Il composto è generalmente duro e fragile allo stato originale, ma può essere modificato in modo significativo con l'aggiunta di alluminio o boro. Inoltre, rimane insolubile rispetto all'acqua, all'alcol e a molti acidi organici, alcali o sali.

La durezza del carburo di silicio può essere misurata con diversi metodi, tra cui i test Rockwell e Brinell. Queste misure tengono conto della profondità di penetrazione causata da oggetti duri come sfere d'acciaio o sfere di diamante, per stabilirne la durezza.

Conduttività termica

Il carburo di silicio è un materiale estremamente duro e rigido, resistente alle alte temperature e con un basso coefficiente di espansione termica, qualità che lo rendono un materiale ideale per gli specchi dei telescopi astronomici. Il carburo di silicio può essere coltivato in grandi dischi fino a 3,5 metri (11 piedi) di diametro attraverso metodi di deposizione chimica da vapore; i telescopi spaziali Herschel e Gaia utilizzano entrambi specchi in carburo di silicio.

La conducibilità termica misura la capacità dei materiali di trasferire calore attraverso di essi a temperature specifiche, misurata in watt per metro-kelvin. Questa proprietà può essere modificata alterando la composizione, la struttura e lo stato dei materiali. Al contrario, la resistenza termica o insulenza termica misura la capacità dei materiali di trattenere o conservare il calore.

Il carborundum viene prodotto mescolando sabbia di silice con carbonio in un forno elettrico ad arco ad alte temperature - in genere tra 1.600 e 2.500 gradi - producendo di solito una polvere nera, grigia o marrone nota come carborundum quando non è silicio puro.

Resistenza alla corrosione

Il carburo di silicio (SiC) è un materiale naturale, duro e tagliente, noto per la sua resistenza al calore e agli attacchi chimici. Quando si cristallizza, forma legami covalenti stretti tra quattro atomi di silicio e quattro atomi di carbonio che danno luogo a una forte coordinazione altamente tetraedrica tra i quattro atomi di carbonio, che si traduce in una forza eccezionale, in una resistenza agli acidi, ai sali e agli alcali comuni e in un eccezionale conduttore elettrico.

La corrosione del carburo di silicio può avvenire attraverso diversi meccanismi, come le reazioni dell'acqua, l'idratazione o l'ossidazione idrotermale; la corrosione chimica è la forma più frequente e si verifica tipicamente a temperature più basse.

Il carburo di silicio viene creato fondendo e polverizzando sabbia di quarzo naturale o sintetica o coke in un forno a resistenza elettrica, quindi selezionandolo, macinandolo e lavorandolo per varie applicazioni. Oggi viene prodotto per l'industria dei refrattari, metallurgica ed elettronica. Ad esempio: I refrattari lo utilizzano per creare ripiani e rivestimenti di forni utilizzati per la cottura, la fusione e la colata della ceramica; mentre l'elettronica lo utilizza per produrre transistor di potenza che funzionano rispettivamente a temperature e tensioni molto elevate.

Conducibilità elettrica

Il carburo di silicio presenta un'eccellente conduttività elettrica grazie al gran numero di elettroni liberi presenti nel materiale. Se sottoposti a un campo elettrico, questi elettroni viaggiano a velocità incredibile attraverso di esso, creando corrente. Con l'aumentare della conducibilità elettrica, si genera più corrente per ogni campo.

Il SiC è un materiale ideale per le applicazioni di potenza, grazie alla sua capacità di resistere a correnti, temperature e frequenze elevate e alla sua caratteristica di semiconduttore con bandgap più ampio, che gli consente di lavorare a tensioni molto più elevate rispetto al più popolare cugino silicio.

Il carburo di silicio puro è un cristallo incolore con struttura cristallina cubica, che può essere ulteriormente purificato con l'aggiunta di varie quantità di impurità, come l'azoto o l'alluminio, che gli consentono di assumere proprietà sia come isolante che come semiconduttore, a seconda di come vengono introdotte nella sua composizione chimica.