Il carburo di silicio (SiC) è un composto cristallino di silicio e carbonio eccezionalmente duro, prodotto sinteticamente. È classificato come ceramica tecnica per la sua elevata resistenza all'usura, le sue proprietà meccaniche e le sue proprietà termiche.
Struttura e tipi di cristallo:
Il carburo di silicio esiste in diverse forme, note come politipi, e le due forme principali sono α-SiC e β-SiC. Il β-SiC ha un sistema cristallino cubico, in cui il silicio (Si) e il carbonio (C) formano un reticolo cubico a facce centrate. L'α-SiC, invece, ha oltre 100 politipi, tra cui 4H, 15R e 6H, con il 6H che è il più comune nelle applicazioni industriali. La transizione tra queste forme dipende dalla temperatura: il β-SiC è stabile al di sotto dei 1600°C e si trasforma in α-SiC a temperature più elevate.Metodi di produzione:
- La produzione industriale di carburo di silicio prevede diversi metodi:
- Metodo Acheson (riduzione carbotermica tradizionale): Questo metodo prevede il riscaldamento di una miscela di sabbia di quarzo di elevata purezza o di minerale di quarzo frantumato con coke di petrolio, grafite o polvere di antracite a oltre 2000°C utilizzando un elettrodo di grafite. Questo processo sintetizza la polvere di α-SiC.
- Riduzione carbotermica a bassa temperatura del biossido di silicio: Questo metodo, simile al metodo Acheson, prevede una temperatura di sintesi più bassa (da 1500 a 1800°C) per produrre polvere di β-SiC con una maggiore purezza.
Reazione diretta silicio-carbonio: Questo metodo fa reagire direttamente la polvere di silicio metallico con la polvere di carbonio a 1000-1400°C per generare polvere di β-SiC di elevata purezza.
- Applicazioni:
- Il carburo di silicio è ampiamente utilizzato in vari settori industriali grazie alle sue proprietà uniche:Industria dei semiconduttori:
- Il SiC è utilizzato nei dischi di rettifica, nelle attrezzature e come materiale per semiconduttori grazie alla sua elevata durezza, alla bassa usura e al coefficiente di espansione termica simile a quello dei wafer di silicio. Le sue proprietà lo rendono adatto alla rettifica e alla lucidatura ad alta velocità.Elementi di riscaldamento:
Il SiC è utilizzato negli elementi riscaldanti dei forni industriali grazie alla sua resistenza alle alte temperature e agli shock termici.Applicazioni ceramiche:
Come materiale ceramico, il SiC offre un'elevata conducibilità elettrica rispetto ad altre ceramiche, rendendolo adatto a elementi prodotti mediante pressatura o estrusione e successiva sinterizzazione.
