Estrutura de carboneto de silício

O carboneto de silício é um dos materiais cerâmicos avançados mais resistentes. Devido às suas propriedades superiores de resistência, rigidez, baixa expansão térmica e resistência à corrosão, o carboneto de silício é uma excelente opção de material para freios e embreagens automotivas, bem como para coletes à prova de balas.

O carboneto de silício é um dos materiais mais duros, perdendo apenas para o carboneto de boro e o diamante. É frequentemente escolhido como opção para uso em betões refratários e abrasivos.

Dureza

O carboneto de silício é uma das substâncias mais duras conhecidas atualmente, rivalizando com materiais duros como o diamante e o carboneto de boro em termos de dureza. Por isso, o carboneto de silício é amplamente utilizado na fabricação de armas e placas de blindagem.

A alta resistência mecânica e à deformação por fluência tornam a cerâmica refratária um material adequado para revestimentos de fornos industriais e elementos de aquecimento, peças de bombas, componentes de motores de foguetes e substratos cerâmicos para diodos emissores de luz.

O composto é, em geral, duro e quebradiço em seu estado original, mas pode ser significativamente modificado com a adição de alumínio ou boro. Além disso, permanece insolúvel em água, álcool e muitos ácidos orgânicos, álcalis ou sais.

A dureza do carboneto de silício pode ser medida por meio de vários métodos, incluindo os ensaios de Rockwell e Brinell. Essas medições registram a profundidade da indentação causada por objetos duros, como esferas de aço ou de diamante, para determinar sua dureza.

Condutividade térmica

O carboneto de silício é um material extremamente duro e rígido, resistente a altas temperaturas e que também possui um baixo coeficiente de expansão térmica — qualidades que o tornam um material ideal para espelhos de telescópios astronômicos. O carboneto de silício pode ser produzido na forma de grandes discos de até 3,5 metros (11 pés) de diâmetro por meio de métodos de deposição química de vapor; os telescópios espaciais Herschel e Gaia utilizam espelhos de carboneto de silício.

A condutividade térmica mede a capacidade dos materiais de transferir calor através deles em temperaturas específicas, medida em watts por metro-kelvin. Essa propriedade pode ser alterada modificando-se sua composição, estrutura e estado. Por outro lado, a resistência térmica ou isolamento térmico mede a capacidade dos materiais de reter ou preservar o calor.

O carborundo é produzido pela mistura de areia de sílica com carbono em um forno elétrico a arco a altas temperaturas — normalmente entre 1.600 °C e 2.500 °C —, gerando geralmente um pó preto, cinza ou marrom conhecido como carborundo, quando não se trata de silício puro.

Resistência à corrosão

O carboneto de silício (SiC) é um material natural, duro e afiado, conhecido por sua resistência ao calor e à ação de substâncias químicas. Quando cristalizado, forma ligações covalentes fortemente compactadas entre quatro átomos de silício e quatro átomos de carbono, o que resulta em uma coordenação tetraédrica forte e altamente estável entre seus quatro átomos de carbono, proporcionando excepcional resistência, resistência contra ácidos, sais e álcalis comuns, além de ser um excelente condutor elétrico.

A corrosão do carboneto de silício pode ocorrer por meio de vários mecanismos, tais como reações com a água, hidratação ou oxidação hidrotérmica; sendo a corrosão química a forma mais frequente e ocorrendo normalmente em temperaturas mais baixas.

O carboneto de silício é produzido pela fusão e pulverização de areia de quartzo natural ou sintética, ou de coque, em um forno do tipo resistência elétrica; em seguida, passa por processos de classificação, moagem e tratamento para diversas aplicações. Atualmente, ele é produzido para as indústrias de refratários, metalúrgica e eletrônica. Por exemplo: a indústria de refratários o utiliza para fabricar prateleiras e revestimentos de fornos usados na queima, fusão e fundição de cerâmicas; já a indústria eletrônica o utiliza para fabricar transistores de potência que operam em temperaturas e tensões muito altas, respectivamente.

Condutividade elétrica

O carboneto de silício apresenta excelente condutividade elétrica devido ao grande número de elétrons livres presentes em seu material. Quando submetidos a um campo elétrico, esses elétrons se deslocam por ele a velocidades incríveis, gerando corrente. À medida que sua condutividade elétrica aumenta, mais corrente é gerada para qualquer campo dado.

O SiC é a escolha ideal de material para aplicações de potência devido à sua capacidade de suportar altas correntes, temperaturas e frequências, além de apresentar uma característica de semicondutor com maior largura de banda proibida, o que lhe permite operar em tensões muito mais altas do que seu primo mais popular, o silício.

O carboneto de silício puro é um cristal incolor com estrutura cristalina cúbica e pode ser ainda mais purificado pela adição de quantidades variadas de impurezas, como nitrogênio ou alumínio — essas impurezas permitem que ele assuma propriedades tanto de isolante quanto de semicondutor, dependendo de como são introduzidas em sua composição química.