Carburo de silicio: Propiedades, características y Usos
¿Qué es el carburo de silicio?
El carburo de silicio es un material cerámico que también es conocido como (SiC) debido a que está compuesto por silicio y carbono puro. A pesar de que la gran mayoría de esta cerámica es fabricado industrialmente, puede aparecer conformando la moissanita. El carburo de silicio (SiC) se considera como un material semiconductor, material abrasivo y un material refractario que tiene múltiples aplicaciones industriales.
| Sic | Carburo de silicio |
| Densidad | 3,21 g / cm³ |
| Peso Molecular / Masa Molar | 40,11 g / mol |
| Punto de fusión | 2.730 ° C |
| Fórmula compuesta | Sic |
EL carburo de silicio es un compuesto químico que se compone por silicio y carbono que se caracteriza por presentarse a manera de cristales iridiscentes y porque son extremadamente duros (dureza de Mohs de 9, solo por debajo del diamante). Tiene propiedades muy interesantes para la industria, por ejemplo: baja densidad, baja expansión térmica, resistencia a la oxidación, excelente resistencia química, alta resistencia al choque térmico, alta resistencia al desgaste y dureza, alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y resistencia a altas temperaturas.
¿Cómo se produce el carburo de silicio?
El método más simple de producir carburo de silicio es mezclando sílice (SiO2) con carbono (C), a una temperatura de 2500°C. La sílice se obtiene desde arenas ricas en cuarzo, mientras el carbono se obtiene al quemar carbón o coque. La mezcla se hace en un horno industrial.
La reacción química que produce el carburo de silicio se representa con la fórmula: SiO2 + 3C SiC + 2CO
Propiedades físicas y químicas del carburo de silicio
Los materiales cerámicos a base de carburo de silicio tienen muchas propiedades y características interesantes que les brinda muchas aplicaciones, por ejemplo, tienen resistencia a altas temperaturas, buena resistencia al desgaste, pequeño coeficiente de expansión térmica, alta dureza, choque térmico y resistencia a la corrosión química, etc.
| Olor | Sin olor |
| Apariencia | Polvo gris negro a verde, gris sólido |
| Densidad específica | 3,21 g / cm 3 |
| Solubilidad | Insoluble en agua, alcohol y ácido. |
Propiedades químicas
El carburo de silicio químicamente se compone por tetraedros de silicio y carbono, esto hace que su re cristalina sea fuerte y le brinda esa excelente dureza y resistencia. Por lo tanto, este material no es atacado por ácidos o sales.
En aplicaciones industriales y en exposición al aire, forma una capa protectora en la superficie del cristal cuando se expone a más de 1200°C.
En cuanto su resistencia a ácidos, álcalis y compuestos, este material tiene una fuerte resistencia a los ácidos, pero poca resistencia a los alcalinos. Con esto queremos decir que se disuelve en ácidos o bases, pero si que puede ser atacado por fundidos alcalinos y óxidos de metales fundidos.
Su Peso mol: 40.096. Además, el SiC puro está compuesto por un 29,95% de C y un 70,05% de Si.
Propiedades físicas
La densidad general carburo de silicio suele ser de 3,20 g / cm³. Además, sus cristales son muy duros, tiene una dureza de 9.5 Mohs, esto es más alto que el corindón o que muchos minerales abrasivos como los granates.
En cuanto su conductividad térmica y su resistencia al choque térmico son muy altas y por lo tanto los parámetros de la expansión térmica son bajos. Esto hace que el carburo de silicio sea un material refractario de alta calidad.
Los materiales cerámicos de carburo de silicio puros tienen resistencia térmica muy alta, incluso se acercan a 1600°C.
¿El carburo de silicio es soluble en agua?
El carburo de silicio es insoluble en agua. Sin embargo, es soluble en álcalis fundidos (como NaOH y KOH) y también en hierro fundido. Por lo tanto, esta cerámica se puede considerar como un compuesto de organosilicio.
En resumen, sus propiedades distintivas son:
- Baja densidad
- Alta resistencia
- Baja expansión térmica
- Alta conductividad térmica
- Alta dureza
- Módulo elástico alto
- Excelente resistencia al choque térmico.
- Inercia química superior
| Mecánico | SI / Métrico (Imperial) | SI / métrico | (Imperial) |
| Densidad | g / cc (libras / pie 3 ) | 3.1 | (193,5) |
| Porosidad | % (%) | 0 | (0) |
| Color | – | negro | – |
| Fuerza flexible | MPa (lb / in 2 x10 3 ) | 550 | (80) |
| Módulos elásticos | GPa (lb / in 2 x10 6 ) | 410 | (59,5) |
| Módulo de corte | GPa (lb / in 2 x10 6 ) | – | – |
| Módulo de volumen | GPa (lb / in 2 x10 6 ) | – | – |
| El coeficiente de Poisson | – | 0,14 | (0,14) |
| Fuerza compresiva | MPa (lb / in 2 x10 3 ) | 3900 | (566) |
| Dureza | Kg / mm 2 | 2800 | – |
| Dureza a la fractura K IC | MPa • m 1/2 | 4.6 | – |
| Temperatura máxima de uso (sin carga) | ° C (° F) | 1650 | (3000) |
| Térmico | |||
| Conductividad térmica | W / m • ° K (BTU • pulg / pie 2 • hr • ° F) | 120 | (830) |
| Coeficiente de expansión termal | 10 –6 / ° C (10 –6 / ° F) | 4.0 | (2,2) |
| Calor especifico | J / Kg • ° K (Btu / lb • ° F) | 750 | (0,18) |
| Eléctrico | |||
| Resistencia dieléctrica | ac-kv / mm (voltios / mil) | – | semiconductor |
| Constante dieléctrica | – | – | – |
| Factor de disipación | – | – | – |
| Tangente de pérdida | – | – | – |
| Resistividad de volumen | ohmios • cm | 10 2 –10 6 | dependiente de dopantes |
Aplicaciones y Usos del carburo de silicio
Usos generales e industriales
En las últimas décadas el carburo de silicio se ha convertido en un material ampliamente usado en aplicaciones tecnológicas e industriales. Por ejemplo, en autos eléctricos, en las energías renovables, en semiconductores y en centros de datos.
También gracias a sus propiedades físicas y químicas y a sus increíbles características, el carburo de silicio se usa en la industria de la mecánica automotriz, de la mecánica industrial y de la química. También tiene aplicaciones en la protección del medo ambiente, en la industria espacial, aplicaciones electrónicas, en la energía muchos otros campos más.
Otros ejemplos de usos son en contenedores y tuberías resistentes a la corrosión química en la industria petroquímica, además, pueden ser parte de herramientas de corte, cojinetes y piezas mecánicas.
Finalmente, tiene excelentes perspectivas para ser usado en turbinas de gas, cohetes y componentes específicos en motores en la industria aeroespacial y automotriz.
A continuación, mencionamos otras aplicaciones de acuerdo a sus propiedades.
- Como material abrasivo, se puede utilizar como herramienta de pulido, como muela abrasiva, piedra de aceite, cabezal de pulido, baldosas de arena, etc.
- Como desoxidante metalúrgico y material resistente a altas temperaturas.
- Un monocristal de alta pureza que se puede utilizar para fabricar semiconductores y fabricar fibras de carburo de silicio.
- En la industria de autos: el carburo de silicio se usa en discos de freno «cerámicos» de alto rendimiento.
- En la electrónica de potencia: con este material cerámico se fabrican varios dispositivos semiconductores como diodos.
¿Se puede usar como piedra y amuleto?
Ya conocemos su proceso de fabricación, a veces sucede que se crean cristales de carburo de silicio de un tamaño mayor a 2 centímetros. Estos cristales se consideran residuos industriales que pueden ser vendidos como piedras de colección y muchas personas las compran para usarse como amuletos, debido a que son muy llamativos a la vista y físicamente son materiales muy resistentes.
Soy ingeniero geólogo con experiencia y conocimiento en el área de exploración minera, hidrocarburos, evaluación de depósitos minerales metálicos y no metálicos, exploración de piedras preciosas y de metales preciosos, procesamiento de datos geológicos en software especializado y métodos de explotación de recursos naturales.
Además, tengo conocimiento en geología aplicada a la ingeniería geológica, donde se incluye el estudio de suelos, rocas y agua para la construcción de obras de ingeniería civil.
