Com fer pols de carbur de silici

El carbur de silici, més conegut com a carborundum, és dur com el diamant i molt resistent al desgast. A més, les seves propietats ceràmiques el fan adequat per a entorns d'alta temperatura i d'alt voltatge.

El procés de producció de Lely genera un pols que es pot tallar en gemmes de moissanita per al seu ús com a joies, mentre que els fabricants també l'utilitzen en la fabricació d'articles abrasius i productes que requereixen duresa.

Fonts

El carbur de silici (SiC), també conegut com a carborundum /krbnm/, és un compost extremadament dur de silici i carboni que es forma de manera natural com el mineral moissanita i es produeix en massa com a abrasiu des de finals del segle XIX. L'unió del SiC per formar ceràmiques dures o la seva dopatge amb nitrogen, fòsfor, beril·li o alumini pot donar semiconductors de tipus n o p.

El SiC industrial es produeix habitualment mitjançant el procés Acheson, que consisteix a escalfar sorra de sílice amb fonts de carboni com el coc de petroli a altes temperatures en un forn obert, obtenint grans de color verd o negre segons el seu nivell de puresa.

El SiC és conegut per la seva superior conductivitat tèrmica i resistència a la corrosió. Amb un baix coeficient d'expansió tèrmica, una alta relació resistència/duresa, estabilitat química i facilitat de mecanitzabilitat, serveix com a matèria primera de primer ordre en moltes aplicacions industrials, com ara refractaris, abrasius i ceràmiques d'alta qualitat [16].

Processament

El carbur de silici (SiC) és un material ceràmic tècnic amb propietats úniques, com ara la inèrcia química a totes les temperatures, la resistència al xoc tèrmic i una alta sinterabilitat. El SiC s'utilitza en diverses aplicacions ceràmiques tècniques, incloent-hi la fabricació de mobiliari de forn i equips de manipulació de fluids, així com coixinets i peces d'ús. Altres usos del SiC inclouen els filtres de partícules dièsel i la protecció balística. Washington Mills ofereix equips de trituració, mòlta i classificació capaços de produir matèries primeres que compleixen les normes ANSI, FEPA i JIS.

Les pols de SiC poden variar en mida de gra segons el seu estat inicial i la font de carboni. Un procés de preparació popular per a la síntesi de SiC és la reducció tèrmica amb carboni; això implica fer reaccionar una mescla que conté un mol d'SiO2 menys de 200 mech amb 1,5–3 mols de font de carboni; l'extracció àcida, l'escalfament i la reacció de la solució resultant eliminaran la producció de carboni vítria.

Les pols de SiC produïdes mitjançant anàlisi quantitativa per difracció de raigs X s'analitzen a continuació utilitzant la forma de les partícules, la composició granulomètrica i l'anàlisi de la superfície específica. Les característiques importants inclouen la forma de les partícules, la composició granulomètrica i la superfície específica. Les partícules de SiC solen presentar estructures planes i astutades amb substructures defectuoses caracteritzades per xarxes de dislocacions als seus contorns – una característica indesitjable que podria afectar negativament els processos de sinterització.

Característiques

El carbur de silici ofereix moltes característiques úniques que li permeten ser aplicat en diversos camps industrials. Cal destacar que és extremadament dur, amb una duresa segons Mohs de 9. A més, aquest material és químicament inert i ofereix una gran resistència a l'abrasió, resistència a la calor fins a altes temperatures, bona resistència a la tracció i un baix coeficient de dilatació tèrmica, qualitats que en conjunt fan que el carbur de silici sigui adequat per a molts usos industrials.

Els processos de producció de carbur de silici tenen un efecte immens sobre les seves propietats i els seus usos. Edward Goodrich Acheson va desenvolupar el procés Acheson, que consisteix a escalfar una mescla de sorra de quars, coque de petroli i encenalls de fusta a temperatures extremadament altes per provocar reaccions químiques que produeixen cristalls de carbur de silici; aquests cristalls es poden després triturar fins a obtenir pols o fonre en lingots per a la venda.

Aquest pols abrasiu s'utilitza habitualment a les indústries aeroespacial i automobilística per al rectificat i el polit de peces per obtenir dimensions precises i acabats suaus, i també es fa servir en ceràmica, producció de vidre i fabricació d'acer i altres metalls. Alter Technology va crear un circuit de ràdio amb aquest material capaç de resistir les condicions extremes de l'espai.

Aplicacions

La ceràmica de carbur de silici és un material no oxídic excepcional amb diverses aplicacions gràcies a la seva duresa (escala de Mohs > 9), inèrcia química, baix coeficient d'expansió tèrmica i resistència tant a la calor com als impactes. El carbur de silici s'utilitza com a peces resistents al desgast en abrasius o com a peces resistents al desgast en ceràmiques refractàries, així com en aplicacions semiconductores i elèctriques gràcies a les seves propietats de conductivitat tèrmica.

Per produir SiC, els fabricants primer combinen sílice amorfa amb carboni a altes temperatures – normalment coc de carbó com a font de carboni – abans de molir-ho finament i barrejar-ho amb petites quantitats de bauxita per formar un preforma. Un cop es realitza el dopatge, ja sigui amb nitrogen (SiC de tipus n) o amb bor, alumini i galli (SiC de tipus p), segons l'aplicació desitjada.

Els fabricants utilitzen després aquesta preforma per produir carbur de silici cúbic mitjançant enllaç per reacció o deposició de vapor químic. L'enllaç per reacció és l'enfocament més emprat; això implica escalfar-la a 1410 °C i dopar-la amb nitrogen o bor per produir carbur de silici de tipus n. La deposició de vapor químic requereix molt més energia i equipament per al seu procés; l'enllaç per reacció en requereix molt menys.

El pols de SiC de grau semiconductor conductor està dissenyat per satisfer les necessitats úniques de creixement de diversos mètodes per al desenvolupament de cristalls únics de carbur de silici conductor de tipus n de tercera generació. Aquest tipus de pols té una distribució de mida de partícula òptima amb pocs buits, oferint nivells de pureza del producte superiors a 6N.