Cómo fabricar polvo de carburo de silicio

El carburo de silicio, más conocido como carborundo, es duro como el diamante y muy resistente al desgaste. Además, sus propiedades cerámicas lo hacen adecuado para entornos de alta temperatura y tensión.

La producción mediante el proceso Lely da como resultado un polvo que puede cortarse en gemas de moissanita para su uso como piedras preciosas, mientras que los fabricantes también lo emplean para su uso en la fabricación de artículos abrasivos y productos que requieren dureza.

Fuentes

El carburo de silicio (SiC), también conocido como carborundo /krbnm/, es un compuesto extremadamente duro de silicio y carbono que se forma naturalmente como el mineral moissanita y se produce en masa como abrasivo desde finales del siglo XIX. Al unir el SiC en cerámicas duras o doparlo con nitrógeno, fósforo, berilio o aluminio se pueden formar semiconductores de tipo n o p.

El SiC industrial suele producirse mediante el proceso Acheson, que consiste en calentar arena de sílice con fuentes de carbono, como el coque de petróleo, a altas temperaturas en un horno abierto, lo que produce granos de color verde o negro en función de su grado de pureza.

El SiC es conocido por su conductividad térmica superior y su resistencia a la corrosión. Gracias a su bajo coeficiente de expansión térmica, su elevada relación resistencia/dureza, su estabilidad química y su facilidad de mecanización, es una materia prima fundamental para muchas aplicaciones industriales, como refractarios, abrasivos y cerámicas de alta calidad [16].

Tratamiento

El carburo de silicio (SiC) es un material cerámico técnico con propiedades únicas, como la inercia química a todas las temperaturas, la resistencia al choque térmico y la alta sinterabilidad. El SiC se utiliza en diversas aplicaciones de cerámica técnica, como la fabricación de mobiliario para hornos y equipos de manipulación de fluidos, así como cojinetes y piezas de desgaste. Otros usos del SiC son los filtros de partículas diésel y la protección balística. Washington Mills ofrece equipos de trituración, molienda y clasificación capaces de producir materias primas que cumplen las normas ANSI, FEPA y JIS.

El tamaño del grano de los polvos de SiC puede variar en función de su estado inicial y de la fuente de carbono. Un proceso de preparación popular para la síntesis de SiC es a través de la reducción carbono-térmica; esto implica reaccionar una mezcla que contiene un mol de SiO2 menos de 200 mech con 1,5-3 moles de fuente de carbono; la lixiviación ácida, el calentamiento y la reacción de la solución resultante eliminarán el carbono de vidrio que se produce.

Los polvos de SiC producidos mediante el análisis cuantitativo por DRX se analizan posteriormente mediante el análisis de la forma de las partículas, la composición granulométrica y la superficie específica. Entre las características importantes se incluyen la forma de la partícula, la composición granulométrica y la superficie específica. Las partículas de SiC suelen presentar estructuras planas y astilladas con subestructuras defectuosas caracterizadas por rejillas de dislocación en sus bordes, una característica indeseable que podría repercutir negativamente en los procesos de sinterización.

Características

El carburo de silicio ofrece muchas características únicas que permiten su aplicación en diversos campos industriales. En particular, es extremadamente duro, con una dureza Mohs de 9. Además, este material es químicamente inerte y ofrece una gran resistencia a la abrasión y al calor a altas temperaturas, así como una buena resistencia a la tracción y un bajo coeficiente de dilatación térmica, cualidades que hacen que el carburo de silicio sea adecuado para muchos usos industriales.

Los procesos de producción del carburo de silicio influyen enormemente en sus propiedades y usos. Edward Goodrich Acheson desarrolló el proceso Acheson, que consiste en calentar una mezcla de arena de cuarzo, coque de petróleo y virutas de madera a temperaturas extremadamente altas para provocar reacciones químicas que producen cristales de carburo de silicio.

Este polvo abrasivo se emplea habitualmente en las industrias aeroespacial y automovilística para bruñir y lapear piezas con el fin de conseguir dimensiones precisas y acabados lisos, y también se utiliza en cerámica, producción de vidrio y fabricación de acero y otros metales. Alter Technology ha creado con este material un circuito de radio capaz de soportar las condiciones extremas del espacio.

Aplicaciones

La cerámica de carburo de silicio es un destacado material no oxidado con diversas aplicaciones debido a su dureza (dureza Mohs > 9), inercia química, bajo coeficiente de dilatación térmica y resistencia tanto al calor como al impacto. El carburo de silicio se utiliza en piezas resistentes al desgaste en abrasivos o en cerámicas refractarias de piezas resistentes al desgaste, así como en aplicaciones eléctricas y de semiconductores gracias a sus propiedades de conductividad térmica.

Para producir SiC, los fabricantes primero combinan sílice amorfa con carbono a altas temperaturas -normalmente coque de carbón como fuente de carbono- antes de molerlo finamente y mezclarlo con pequeñas cantidades de bauxita para formar una preforma. Una vez hecho esto, se procede al dopaje con nitrógeno (SiC de tipo n) o con boro, aluminio y galio (SiC de tipo p), en función de la aplicación deseada.

A continuación, los fabricantes utilizan esta preforma para producir carburo de silicio cúbico mediante enlace por reacción o deposición química de vapor. La unión por reacción es el método más utilizado; consiste en calentarla a 1410 ºC y doparla con nitrógeno o boro para producir carburo de silicio de tipo n. La deposición química de vapor requiere mucha más energía y equipos para su proceso; la deposición química de vapor requiere mucho menos. La deposición química de vapor requiere mucha más energía y equipos para su proceso; el enlace por reacción requiere mucho menos.

El polvo de carburo de silicio conductivo de grado semiconductor está diseñado para satisfacer las necesidades específicas de crecimiento de diversos métodos de crecimiento de monocristales de carburo de silicio conductivo de tipo n de tercera generación. Este tipo de polvo presenta una distribución óptima del tamaño de las partículas con pocos huecos, ofreciendo niveles de pureza del producto superiores a 6N.