Il carburo di silicio (SiC) è un composto prodotto sinteticamente noto per la sua durezza, resistenza all'usura e proprietà termiche.
È prezioso in diversi settori industriali grazie alle sue caratteristiche uniche.
Il processo di produzione del carburo di silicio prevede diversi metodi industriali, tra cui la sinterizzazione, l'incollaggio per reazione, la crescita dei cristalli e la deposizione di vapore chimico (CVD).
1. Sinterizzazione
Il SiC sinterizzato viene prodotto a partire da polvere di SiC pura con ausiliari di sinterizzazione non ossidati.
Il processo prevede l'utilizzo di tecniche convenzionali di formatura della ceramica e la sinterizzazione del materiale in atmosfera inerte a temperature fino a 2000°C o superiori.
Questo metodo consente di ottenere un materiale denso e resistente, adatto ad applicazioni ad alta temperatura.
2. Incollaggio per reazione
Il SiC legato per reazione si ottiene infiltrando compatti di miscele di SiC e carbonio con silicio liquido.
Il silicio reagisce con il carbonio, formando carburo di silicio aggiuntivo, che lega insieme le particelle di SiC.
Questo metodo è particolarmente utile per creare forme e strutture complesse.
3. Crescita del cristallo
I produttori utilizzano la deposizione chimica da vapore per far crescere film monocristallini di SiC su substrati di wafer di silicio.
Questo processo prevede diverse tecniche che possono introdurre droganti di tipo n e di tipo p nei film di SiC, migliorandone le proprietà elettriche.
Questo metodo è fondamentale per produrre cristalli di SiC di alta qualità utilizzati nella produzione di elettronica.
4. Deposizione chimica da vapore (CVD)
La CVD viene utilizzata per produrre SiC con una resistenza elettrica molto bassa, che lo rende un buon conduttore di elettricità.
Questa proprietà consente la fabbricazione di elementi fini con metodi EDM (Electrical Discharge Machining), utili per generare fori minuscoli con elevati rapporti di aspetto.
Il materiale CVD è noto anche per la sua bassa densità, l'elevata rigidità, l'estrema durezza e la resistenza all'usura.
5. Metodi di preparazione
I metodi industriali per la preparazione della polvere di SiC includono il metodo Acheson (riduzione carbotermica del quarzo con materiali carboniosi), la riduzione carbotermica a bassa temperatura del biossido di silicio e la reazione diretta silicio-carbonio.
Questi metodi variano per i requisiti di temperatura e per il tipo di cristallo di SiC (α o β) prodotto.
6. Forme di cristallo
Il SiC esiste in due forme cristalline principali, α e β.
Il β-SiC ha una struttura cristallina cubica ed è stabile a temperature inferiori a 1600°C.
Al di sopra di questa temperatura, il β-SiC si trasforma lentamente in vari politipi di α-SiC, più stabili a temperature più elevate.
7. Applicazioni industriali
La produzione di carburo di silicio prevede una serie di tecniche sofisticate, studiate su misura per creare materiali con proprietà specifiche adatte a varie applicazioni industriali, tra cui semiconduttori, ceramiche e apparecchiature ad alta temperatura.
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