Como fazer pós de carbeto de silício

O carbeto de silício, mais comumente chamado de carborundum, é duro como o diamante e altamente resistente ao desgaste. Além disso, suas propriedades cerâmicas o tornam adequado para ambientes de alta temperatura e tensão.

A produção do processo Lely resulta em pó que pode ser cortado em gemas de moissanita para uso como pedras preciosas, enquanto os fabricantes também o empregam na fabricação de itens abrasivos e produtos que exigem dureza.

Fontes

O carbeto de silício (SiC), também conhecido como carborundum /krbnm/, é um composto extremamente duro de silício e carbono que se forma naturalmente como o mineral moissanita e é produzido em massa como abrasivo desde o final do século XIX. A ligação do SiC em cerâmicas duras ou sua dopagem com nitrogênio, fósforo, berílio ou alumínio pode formar semicondutores do tipo n ou p.

O SiC industrial é normalmente produzido por meio do processo Acheson de aquecimento de areia de sílica com fontes de carbono, como o coque de petróleo, a altas temperaturas em um forno aberto, produzindo grãos de cor verde ou preta, dependendo do nível de pureza.

O SiC é conhecido por sua condutividade térmica e resistência à corrosão superiores. Com baixo coeficiente de expansão térmica, alta relação resistência/dureza, estabilidade química e facilidade de usinagem, ele serve como matéria-prima principal em muitas aplicações industriais, como refratários/abrasivos/cerâmicas de alto grau [16].

Processamento

O carbeto de silício (SiC) é um material cerâmico técnico com propriedades exclusivas, incluindo inércia química em todas as temperaturas, resistência a choques térmicos e alta sinterabilidade. O SiC é usado em várias aplicações de cerâmica técnica, incluindo a fabricação de móveis para fornos e equipamentos de manuseio de fluidos, além de rolamentos e peças de desgaste. Outros usos do SiC incluem filtros de partículas de diesel e proteção balística. A Washington Mills oferece equipamentos de britagem, moagem e classificação capazes de produzir matérias-primas que atendem às normas ANSI, FEPA e JIS.

Os pós de SiC podem variar em tamanho de grão, dependendo de seu estado inicial e da fonte de carbono. Um processo de preparação popular para a síntese de SiC é a redução térmica de carbono; isso envolve a reação de uma mistura contendo um mol de SiO2 com menos de 200 mech com 1,5 a 3 moles de fonte de carbono; a lixiviação ácida, o aquecimento e a reação da solução resultante eliminarão a produção de carbono vítreo.

Os pós de SiC produzidos por meio da análise quantitativa de XRD são analisados posteriormente por meio do formato da partícula, da composição granulométrica e da análise da superfície específica. As características importantes incluem o formato da partícula, a composição granulométrica e a superfície específica. Em geral, as partículas de SiC apresentam estruturas planas e fragmentadas com subestruturas defeituosas caracterizadas por grades de deslocamento em suas bordas - uma característica indesejável que pode ter um impacto negativo nos processos de sinterização.

Características

O carbeto de silício oferece muitas características exclusivas que permitem sua aplicação em vários campos industriais. Além disso, esse material é quimicamente inerte e oferece grande resistência à abrasão, resistência ao calor até altas temperaturas e tem boa resistência à tração e propriedades de baixo coeficiente de expansão térmica - qualidades que se somam para tornar o carbeto de silício adequado para muitos usos industriais.

Os processos de produção de carbeto de silício têm um efeito imenso em suas propriedades e usos. Edward Goodrich Acheson desenvolveu o processo Acheson, que envolve o aquecimento de uma mistura de areia de quartzo, coque de petróleo e lascas de madeira a temperaturas extremamente altas para provocar reações químicas que produzem cristais de carbeto de silício - esses cristais podem então ser triturados em pó ou fundidos em lingotes para venda.

Esse pó abrasivo é comumente empregado pelos setores aeroespacial e automotivo para brunir e lapidar peças a fim de obter dimensões precisas e acabamentos suaves, além de ser usado também em cerâmica, produção de vidro e produção de aço e outros metais. A Alter Technology criou um circuito de rádio usando esse material que pode suportar as condições extremas do espaço.

Aplicativos

A cerâmica de carbeto de silício é um excelente material não óxido com várias aplicações devido à sua dureza (dureza Mohs > 9), inércia química, baixo coeficiente de expansão térmica e resistência ao calor e ao impacto. O carbeto de silício é usado como peças resistentes ao desgaste em abrasivos ou peças resistentes ao desgaste em cerâmicas refratárias, bem como em aplicações elétricas e de semicondutores devido às suas propriedades de condutividade térmica.

Para produzir SiC, os fabricantes primeiro combinam sílica amorfa com carbono em altas temperaturas - geralmente coque de carvão como fonte de carbono - antes de moer finamente e misturar com pequenas quantidades de bauxita para formar uma pré-forma. Depois, é feita a dopagem com nitrogênio (SiC tipo n) ou com boro, alumínio e gálio (SiC tipo p), dependendo da aplicação desejada.

Em seguida, os fabricantes utilizam essa pré-forma para produzir carbeto de silício cúbico por meio de ligação por reação ou deposição de vapor químico. A ligação por reação é a abordagem mais comumente empregada; isso envolve aquecê-la a 1410 graus Celsius e dopá-la com nitrogênio ou boro para produzir SiC do tipo n. A deposição de vapor químico requer muito mais energia e equipamentos para seu processo; a ligação por reação requer muito menos.

O pó de SiC condutivo de grau semicondutor foi projetado para atender às necessidades exclusivas de crescimento de vários métodos de crescimento de monocristais de carbeto de silício condutivo tipo n de terceira geração. Esse tipo de pó tem uma distribuição ideal de tamanho de partícula com poucos vazios, oferecendo níveis de pureza de produto superiores a 6N.