¿Qué es el carburo de silicio?

grano de corindón marrón

1. Introducción al carburo de silicio

1.1 ¿Qué es el carburo de silicio?

La fórmula química del carburo de silicio es SiC, es una sustancia inorgánica que se produce mediante un horno de resistencia. Fundiendo tres materias primas como arena de cuarzo, coque de petróleo (o coque de carbón) y serrín, se puede obtener carburo de silicio. 

carburo de silicio

1.2 Historia del desarrollo del carburo de silicio

En 1891Por casualidad, el científico estadounidense Acheson descubrió un carburo mientras realizaba en el laboratorio experimentos con diamantes fundidos eléctricamente. 

En 1893Acheson desarrolló el método industrial de fundición del carburo de silicio, conocido comúnmente como horno Acheson, que se utiliza desde entonces. Este método consiste en utilizar un horno de resistencia con un núcleo de carbono para calentar eléctricamente una mezcla de cuarzo (SiO2) y carbono, lo que da lugar a la producción de carburo de silicio. 

En 1905se detectó por primera vez carburo de silicio en meteoritos. 

2. Propiedades del carburo de silicio

2.1 Propiedades físicas del carburo de silicio

Estructura cristalina

El carburo de silicio tiene diversas estructuras cristalinas, como la hexagonal (4H-SiC, 6H-SiC) y la cúbica (3C-SiC).

Dureza

El carburo de silicio es conocido por su excepcional dureza, de 9,5 en la escala de Mohs.

Punto de fusión

El carburo de silicio tiene un punto de fusión muy elevado, de aproximadamente 2.730°C (4.946°F).

Conductividad térmica

El carburo de silicio tiene una buena conductividad térmica, lo que lo convierte en un eficaz conductor del calor.

2.2 Propiedades químicas del carburo de silicio

Composición química

La fórmula química del carburo de silicio es SiC, con dos elementos básicos de silicio (Si) y carbono (C).

Estabilidad química

El carburo de silicio es muy estable químicamente, especialmente en entornos agresivos y a altas temperaturas.

Antioxidante

El carburo de silicio tiene una excelente resistencia a la oxidación.

3. El proceso de fabricación del carburo de silicio

3.1 ¿Cómo se fabrica el carburo de silicio?

Proceso Acheson:

En 1891, Edward Acheson desarrolló el proceso Acheson, considerado el primer método de fabricación de carburo de silicio.

En este proceso, una mezcla de sílice (arena) de gran pureza y carbono (normalmente coque de petróleo o antracita) se calienta en un horno eléctrico de resistencia a altas temperaturas (entre 2000 y 2500 grados Celsius).

La reacción da lugar a la formación de cristales de carburo de silicio, que luego se trituran y se procesan en las formas deseadas.

Reducción carbotérmica:

La reducción carbotérmica consiste en calentar una mezcla de sílice (SiO2) y carbono en un horno eléctrico.

La reacción química puede representarse como SiO2 + 3C → SiC + 2CO.

Este proceso suele llevarse a cabo a temperaturas superiores a 2000 grados Celsius.

3.2 Tipos de carburo de silicio

Existen dos tipos básicos de carburo de silicio, carburo de silicio negroy carburo de silicio verde, ambos pertenecientes a α- SiC.

①El contenido de SiC del silicio negro supera unos 95%, y tiene mejor dureza que el carburo de silicio verde. 

Se utiliza sobre todo para procesar materiales con baja resistencia a la tracción, como vidrio, cerámica, piedra, materiales refractarios, hierro fundido y metales no férreos.

② El carburo de silicio verde contiene más de 97% de SiC y tiene buenas propiedades de autoafilado. Se utiliza sobre todo para procesar aleaciones duras, aleaciones de titanio y vidrio óptico, así como para bruñir camisas de cilindros y rectificar con precisión herramientas de corte de acero rápido.

3.3 Ventajas del carburo de silicio

Alta dureza * Estabilidad a altas temperaturas * Resistencia al desgaste * Inercia química

Alta conductividad térmica * Conductividad eléctrica * Propiedades abrasivas * Alta eficacia de corte

4. Aplicación del carburo de silicio

La aplicación de abrasivos:

El carburo de silicio es un carburo sintetizado artificialmente cuya fórmula molecular es SiC. Solo es superado por los diamantes en dureza Mohs.

Debido a su elevada dureza, el carburo de silicio tiene una gran resistencia al desgaste y se utiliza ampliamente como material abrasivo en muelas abrasivas y otros productos abrasivos.

La aplicación del refractario:

El SiC se utiliza ampliamente como material refractario de alto rendimiento o como aditivo para mejorar el rendimiento de los materiales refractarios, especialmente la resistencia a la escoria y la estabilidad al choque térmico, debido a sus ventajas como el bajo coeficiente de expansión térmica, la alta conductividad térmica, la resistencia a altas temperaturas, la buena resistencia a la escoria y la capacidad de formar una oxidación protectora.

La aplicación de la cerámica funcional:

Los materiales cerámicos de carburo de silicio tienen muchas propiedades excelentes, como resistencia a altas temperaturas, buena resistencia al desgaste, pequeño coeficiente de expansión térmica, alta dureza, resistencia al choque térmico, resistencia a la corrosión química, etc., por lo que se utilizan ampliamente en automóviles, maquinaria, industria química, protección del medio ambiente, tecnología espacial, electrónica de la información, energía y otros campos.

La aplicación de la metalurgia:

En la industria metalúrgica, el carburo de silicio negro se utiliza en la producción de hierro y acero. Puede añadirse al metal fundido para potenciar sus propiedades y mejorar la calidad del producto final.

El carburo de silicio sólo es superado por el diamante en dureza Mohs. Tiene una gran resistencia al desgaste y es un material ideal para tuberías, impulsores, cámaras de bombas, ciclones y revestimientos de tolvas de minería resistentes al desgaste. Su resistencia al desgaste es más de cinco veces superior a la del hierro fundido y el caucho, y también es uno de los mejores materiales para pistas de aterrizaje de aviación.

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