¿Qué es el Carburo de Silicio?
El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico formado por silicio y carbono. Aunque se encuentra de manera natural en meteoritos, no se encuentra en la naturaleza de forma abundante. Es conocido por su dureza y resistencia al desgaste, lo que lo hace muy útil en aplicaciones de abrasivos y materiales refractarios.
El carburo de silicio puro es incoloro y transparente, sin embargo, para uso industrial, suele ser de color negro debido a impurezas y otras características del proceso de fabricación.
El carburo de silicio de gran pureza, en particular, está atrayendo la atención, ya que se está desarrollando como material para semiconductores de potencia que superan a los semiconductores de silicio convencionales.
Usos del Carburo de Silicio
El carburo de silicio se caracteriza por su gran dureza, resistencia al desgaste, alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión. Puede utilizarse en cierres mecánicos, ejes y otras piezas deslizantes, así como en piezas trituradoras como clasificadores, además de en piezas resistentes al calor como equipos de ensayo a alta temperatura y crisoles para fundir metales.
Los semiconductores de potencia de SiC también se utilizan en vehículos eléctricos híbridos (VEH).
Propiedades del Carburo de Silicio
El carburo de silicio es insoluble en agua. No se convierte en líquido, sublima a 2.545°C y se descompone térmicamente a temperaturas superiores a 2.800°C. Tiene una dureza Mohs de 9,5, sólo superada por el diamante y el carburo de boro. Su índice de refracción alcanza 2,65, por lo que los cristales grandes brillan como espejos.
Aunque el carburo de silicio puro es incoloro y transparente, los productos industriales son generalmente de color verde o negro debido a la presencia de impurezas y elementos que ingresan a su estructura cristalina durante la fabricación. Sin embargo, a medida que se limpia el entorno de fabricación, el color puede desvanecerse. Los cristales más claros, como los de color verde, tienen una mayor resistencia eléctrica y pueden utilizarse como materia prima para elementos calefactores.
Los átomos de silicio son más grandes que los de carbono. Por lo tanto, la distancia interatómica aumenta en el orden C < SiC < Si, y la conductividad térmica se hace menor y más blanda.
Estructura del Carburo de Silicio
El C y el Si del carburo de silicio pertenecen al mismo grupo 14 de la tabla periódica. Están unidos covalentemente, pero también son iónicos debido a su diferente electronegatividad. Por lo tanto, existe de forma estable como un compuesto de relación constante 1:1. La masa molar es de 40,097 g/mol y la densidad de 3,22 g/cm3.
Un átomo está rodeado por los demás átomos en una disposición tetraédrica, y existen más de 200 variedades, según el patrón de repetición de la estructura de capas. Básicamente, se dividen en dos tipos: el hexagonal de tipo α y el cúbico de tipo β.
Los polvos de carburo de silicio de tipo α pueden producirse cuando el coque y la piedra de sílice se calientan a más de 2.100°C en un horno eléctrico. Calentando negro de carbón y silicio a 1.800°C en una corriente de argón se produce el tipo beta.
Más Información sobre el Carburo de Silicio
1. Historia del Carburo de Silicio
En 1891, Edward Goodrich Acheson (EE.UU.) lo produjo calentando una mezcla de coque y arcilla en una lámpara de arco de carbono. Esto condujo a la creación de la Carborundum Abrasives Co. y a su producción industrial, que a veces se denomina carborundo.
Ferdinand Frédéric Henri Moissan descubrió el carburo de silicio en un meteorito de Arizona en 1905. En mineralogía, también se denomina moissanita.
2. Reacciones del Carburo de Silicio
El carburo de silicio es químicamente inerte. Es insoluble en agua, ácidos y álcalis, no reacciona con agua real ni con ácido nítrico concentrado caliente, ni tampoco con N2, H2 o CO. Se oxida en el aire a temperaturas superiores a 800°C, pero el SiO2 se forma en la superficie y frena la oxidación como película protectora; reacciona con el Cl2 a temperaturas superiores a 800°C para formar C y SiCl4; reacciona con el agua a temperaturas superiores a 800°C para formar C y SiCl4.