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Carboneto de silício

O carboneto de silício, também chamado de carborundum, é um composto feito de silício e carbono. Este composto químico é encontrado em um mineral chamado moissanita. A forma natural do carboneto de silício recebeu o nome de um farmacêutico francês chamado Dr. Ferdinand Henri Moissan. A moissanita é geralmente encontrada em quantidades muito pequenas em meteoritos, kimberlito e corindo. Portanto, a maioria dos carbonetos de silício comerciais é sintética. Embora seja difícil encontrar carboneto de silício natural na Terra, ele é bastante abundante no espaço. O carboneto de silício é um dos compostos químicos mais úteis do mundo hoje. Sua aplicação abrange um grande número de indústrias.

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NY TWO GLOBAL tem forte presença na indústria de refratários e abrasivos há dez anos. Ao combinar fontes e equipe de especialistas otimizada, estamos ampliando nossos negócios para as indústrias de ligas, big bag e varejo. Temos duas plantas de BFA 100% próprias e uma planta de big bag. Ao investir em outras plantas de refratários, melhoramos nossa posição de produção e controle de qualidade por um preço melhor. Matéria-prima refratária e abrasiva: carboneto de silício, alumina fundida branca, alumina tabular branca, carboneto de silício preto, mulita fundida, bauxita, magnésia fundida, magnésia queimada, alumina calcinada etc. Liga: ferro manganês de alto-médio-baixo carbono, ferro cromo de alto carbono, ferro cromo de baixo carbono, sílico manganês, ferro silício, silício metálico, manganês metálico, fios corados, incoulantes, etc.

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O que é carboneto de silício

Benefícios do Carboneto de Silício

Excelente desempenho em altas temperaturas
O ponto de fusão dos produtos de carboneto de silício é de até 2.700 graus, o que pode manter sua estabilidade estrutural e resistência em ambientes de alta temperatura, por isso é amplamente utilizado em metais fundidos de alta temperatura, fornos de aquecimento de alta temperatura, petroquímicos de alta temperatura e outros campos.

Forte resistência à corrosão
O carboneto de silício tem excelente resistência à corrosão e pode trabalhar de forma estável por um longo tempo em ambientes ácidos, alcalinos e oxidativos.

Alta dureza e alta resistência
O carboneto de silício tem maior dureza e resistência do que os materiais cerâmicos tradicionais, por isso tem boa resistência ao desgaste e ao impacto.

Excelente condutividade térmica e condutividade elétrica
O carboneto de silício tem alta condutividade térmica e excelente condutividade elétrica, por isso é amplamente utilizado na fabricação de componentes eletrônicos de alta potência e radiadores.

Propriedades do SiC

Politipismo de SiC
O SiC é conhecido por seu politipismo (diferentes estruturas cristalinas), gerado pelo empilhamento de Si e C ao longo do eixo principal (eixo C). O empilhamento AaBbCcAaBbCc gera uma rede de zinco-blenda 3C-SiC, AaBbAaBb gera 2H-SiC com uma rede wurtzita, e AaBbAaCcAaBbAaC gera uma rede 4H-SiC. Diferentes formas cristalinas com números variados de átomos por célula unitária afetam as propriedades físicas dos politipos devido às bandas de energia eletrônica e ramos vibracionais variados.

Estrutura da banda
Diferentes formas cristalinas de SiC têm tamanhos de bandgap variados, variando de 2,4 eV (3C-SiC) a 3,35 eV (2H-SiC), que são cruciais para determinar suas propriedades eletrônicas e ópticas. Os politipos de SiC são semicondutores indiretos, o que significa que o politipo com o menor bandgap (3C-SiC) para aquele com o maior bandgap (2H-SiC) requer a participação de fônons (modos vibracionais quantizados). Embora os politipos de SiC sejam semicondutores indiretos, eles são excelentes candidatos para aplicações de energia.

Dopagem
Dopagem é um método físico usado para obter as propriedades elétricas desejadas do SiC. Neste processo, um elemento, seja um aceitador (alumínio/boro/gálio) ou um doador (nitrogênio/fósforo), é introduzido no estágio de crescimento do cristal para alterar sua condutividade. Como a difusão não é um método viável para dopar SiC, a implantação de íons com ativação dopante via aquecimento de alta temperatura é usada para dopar SiC. Estudos anteriores relataram o sucesso da dopagem de SiC com nitrogênio para aplicações como redução de perda de energia em estruturas de dispositivos de energia verticais e aplicações de alta frequência.

Propriedades elétricas
Dopagem não intencional com doadores de nitrogênio durante o processo de crescimento indica que eles têm excesso de elétrons durante o processo de crescimento, revelando condutividade do tipo n em SiC. Átomos de nitrogênio dopados substituem átomos de carbono em locais de rede, variando as energias de ionização devido a diferentes ambientes locais e um efeito de interferência específico. Além disso, as medições de Hall ajudam a determinar a concentração de doadores de nitrogênio, assumindo uma distribuição igual entre vários locais de rede.

Estabilidade química
O SiC sofre oxidação fácil e forma um filme de dióxido de silício (SiO2), que gradualmente dificulta o processo de oxidação. No entanto, se substâncias que podem remover ou quebrar o filme de dióxido de silício existirem simultaneamente, o SiC pode ser oxidado ainda mais. O SiC não se dissolve facilmente em ácidos ou bases, mas pode ser facilmente atacado por derretimentos alcalinos. As impurezas primárias encontradas no SiC incluem C e SiO2 e a quantidade de impurezas varia dependendo do tipo de produto.

Aplicação de Carboneto de Silício

01/

Carboneto de silício usado em armaduras militares à prova de balas
O carboneto de silício é usado para fabricar armaduras à prova de balas. A propriedade desse composto que o torna aplicável para tal propósito é sua dureza. Balas e outros objetos nocivos terão que lidar com os blocos cerâmicos duros que o carboneto de silício forma. As balas não conseguem penetrar os blocos cerâmicos.

02/

Carboneto de silício usado em semicondutores
O carboneto de silício se torna um semicondutor quando dopantes são adicionados a ele. Dopantes como boro e alumínio adicionados ao carboneto de silício fazem com que ele se torne um semicondutor do tipo p. Por outro lado, dopantes como nitrogênio e fósforo adicionados ao carboneto de silício fazem com que ele se torne um semicondutor do tipo n. Você pode ler esta publicação para obter mais informações sobre as diferenças entre semicondutores do tipo p e semicondutores do tipo n.

03/

Carboneto de silício usado em abrasivos
O carboneto de silício é comumente usado como abrasivo por ser tão duro. É usado na fabricação de rodas de moagem, ferramentas de corte e lixas. Os abrasivos de carboneto de silício são geralmente mais baratos do que outros abrasivos de qualidade similar. Os abrasivos são usados para moer materiais como aço, alumínio, ferro fundido e borracha.

04/

Carboneto de silício usado em veículos elétricos
O carboneto de silício é uma escolha melhor do que o silício para alimentar veículos elétricos. Veículos elétricos alimentados por carboneto de silício são altamente eficientes e econômicos. Atualmente, muitas empresas bem conhecidas têm usado carboneto de silício para melhorar a eficiência e o alcance ao fabricar veículos elétricos, como a Tesla.

05/

Carboneto de silício usado em joias
Estruturalmente semelhante ao diamante, porém mais brilhante, mais barato, mais durável e mais leve que o diamante, o carboneto de silício é uma alternativa merecida ao diamante na indústria de joias.

06/

Carboneto de silício usado em combustível
Além de seus outros usos, o carboneto de silício é usado como combustível. Ele é usado como combustível na fabricação de aço e produz aço mais puro do que a maioria dos outros combustíveis. Também é um combustível mais barato e mais ecológico.

Como escolher o carboneto de silício

Identificando suas necessidades refratárias
O primeiro passo para escolher um material refratário adequado é identificar as necessidades específicas da aplicação. Considere a faixa de temperatura que o refratário precisa suportar, o ambiente químico e a aplicação específica. Isso ajudará a restringir as escolhas e garantir que o material refratário adequado seja selecionado.

Pesquisando materiais refratários
Uma vez que seus requisitos sejam identificados, é essencial pesquisar os diferentes tipos de materiais refratários disponíveis. Considere a resistência ao choque térmico, resistência química e outros fatores importantes.

Considere seu orçamento
Ao selecionar um material refratário, é vital considerar o orçamento. Diferentes materiais refratários têm preços diferentes, e selecionar um material que se encaixe no orçamento é importante. Além disso, é crucial considerar o custo total de propriedade, incluindo custos de instalação, manutenção e reparo.

De acordo com a qualificação de carboneto de silício
Para ganhar a confiança dos clientes, o fabricante de carboneto de silício geralmente realiza a certificação de qualidade do carboneto de silício. Então, quando compramos carboneto de silício, podemos verificar a qualificação do fabricante de carboneto de silício. Quanto mais autoritária for a autoridade de certificação, melhor será o carboneto de silício.

Como o carboneto de silício é feito?

Método Lely

Durante esse processo, um cadinho de granito é aquecido a uma temperatura muito alta, geralmente por meio de indução, para sublimar pó de carboneto de silício. Uma haste de grafite com temperatura mais baixa fica suspensa na mistura gasosa, o que inerentemente permite que o carboneto de silício puro se deposite e forme cristais.

Deposição química de vapor

Alternativamente, os fabricantes cultivam SiC cúbico usando deposição química de vapor, que é comumente usada em processos de síntese baseados em carbono e usada na indústria de semicondutores. Neste método, uma mistura química especializada de gases entra em um ambiente de vácuo e se combina antes de depositar em um substrato.

Precauções de armazenamento de carboneto de silício

Armazenamento ordenado, sempre que possível o mesmo número de lote em fileiras, para evitar erros no processo de retirada de materiais.

O micropó de carboneto de silício tem uma forte absorção de umidade, tente evitar remover o filme de armazenamento à prova de umidade; isso pode evitar a aglomeração de umidade e encurtar o tempo de secagem.

Na medida do possível, utilizar o princípio do primeiro a entrar, primeiro a sair, para evitar aglomeração de matérias-primas devido ao tempo excessivo de armazenamento.

se o pó de carboneto de silício ultrafino estiver com a embalagem quebrada durante o transporte, tente armazená-lo separadamente para evitar poluição por poeira.

Recomenda-se que o armazém fique fechado o máximo possível, armazenado separadamente e com atenção à umidade, vento e chuva.

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Perguntas frequentes

P: Para que é usado o carboneto de silício?

R: Os elementos de carboneto de silício são usados hoje na fusão de vidro e metais não ferrosos, tratamento térmico de metais, produção de vidro float, produção de cerâmica e componentes eletrônicos, ignitores em luzes piloto para aquecedores a gás, etc. Os seguintes efeitos agudos (de curto prazo) à saúde podem ocorrer imediatamente ou logo após a exposição ao carboneto de silício: * O carboneto de silício pode irritar os olhos e o nariz em contato. * Há evidências limitadas de que o carboneto de silício causa câncer em animais. Pode causar câncer de pulmão.

P: Quais são as aplicações do SiC em dispositivos eletrônicos?

R: O carboneto de silício é um semicondutor perfeitamente adequado para aplicações de energia, graças acima de tudo à sua capacidade de suportar altas tensões, até dez vezes maiores do que aquelas utilizáveis com silício. Semicondutores baseados em carboneto de silício oferecem maior condutividade térmica, maior mobilidade de elétrons e menores perdas de energia. Diodos e transistores de SiC também podem operar em frequências e temperaturas mais altas sem comprometer a confiabilidade. As principais aplicações de dispositivos de SiC, como diodos Schottky e transistores FET/MOSFET, incluem conversores, inversores, fontes de alimentação, carregadores de bateria e sistemas de controle de motores.

P: Por que o SiC supera o Si em aplicações de energia?

R: Apesar de ser o semicondutor mais amplamente utilizado em eletrônica, o silício está começando a mostrar algumas limitações, especialmente em aplicações de alta potência. Um fator relevante nessas aplicações é a banda proibida, ou lacuna de energia, oferecida pelo semicondutor. Quando a banda proibida é alta, a eletrônica que ele usa pode ser menor, rodar mais rápido e de forma mais confiável. Ele também pode operar em temperaturas, tensões e frequências mais altas do que outros semicondutores. Enquanto o silício tem uma banda proibida de cerca de 1,12 eV, o carboneto de silício tem um valor quase três vezes maior de cerca de 3,26 eV.

P: Por que o SiC consegue lidar com tensões tão altas?

R: Dispositivos de energia, especialmente MOSFETs, devem ser capazes de lidar com tensões extremamente altas. Graças a uma intensidade de ruptura dielétrica do campo elétrico cerca de dez vezes maior do que a do silício, o SiC pode atingir uma tensão de ruptura muito alta, de 600 V a alguns milhares de volts. O SiC pode usar concentrações de dopagem mais altas do que o silício, e as camadas de deriva podem ser muito finas. Quanto mais fina a camada de deriva, menor sua resistência. Em teoria, dada uma alta tensão, a resistência da camada de deriva por unidade de área pode ser reduzida a 1/300 daquela do silício.

P: Por que o SiC pode superar o IGBT em altas frequências?

R: Em aplicações de alta potência, IGBTs e transistores bipolares foram usados principalmente no passado, com o objetivo de reduzir a resistência de ativação que ocorre em altas tensões de ruptura. Esses dispositivos, no entanto, oferecem perdas de comutação significativas, resultando em problemas de geração de calor que limitam seu uso em altas frequências. Usando SiC, é possível fazer dispositivos, como diodos de barreira Schottky e MOSFETs, que alcançam altas tensões, baixa resistência de ativação e operação rápida.

P: Quais impurezas são usadas para dopar o material de carboneto de silício?

R: Em sua forma pura, o carboneto de silício se comporta como um isolante elétrico. Com a adição controlada de impurezas ou dopantes, o SiC pode se comportar como um semicondutor. Um semicondutor do tipo P pode ser obtido dopando-o com alumínio, boro ou gálio, enquanto impurezas de nitrogênio e fósforo dão origem a um semicondutor do tipo N. O carboneto de silício tem a capacidade de conduzir eletricidade em algumas condições, mas não em outras, com base em fatores como a voltagem ou intensidade da radiação infravermelha, luz visível e raios ultravioleta. Ao contrário de outros materiais, o carboneto de silício é capaz de controlar as regiões do tipo P e do tipo N necessárias para a fabricação de dispositivos em amplas faixas. Por essas razões, o SiC é um material adequado para dispositivos de energia e capaz de superar as limitações oferecidas pelo silício.

P: Como os semicondutores de SiC podem obter melhor gerenciamento térmico do que o silício?

R: Outro parâmetro importante é a condutividade térmica, que é um índice de como o semicondutor é capaz de dissipar o calor que gera. Se um semicondutor não for capaz de dissipar calor efetivamente, uma limitação é introduzida na tensão operacional máxima e na temperatura que o dispositivo pode suportar. Esta é outra área em que o carboneto de silício supera o silício: a condutividade térmica do carboneto de silício é de 1490 W/mK, em comparação com os 150 W/mK oferecidos pelo silício.

P: Como é o tempo de recuperação reversa do SiC em comparação ao Si-MOSFET?

A: Os MOSFETs de SiC, assim como suas contrapartes de silício, têm um diodo de corpo interno. Uma das principais limitações oferecidas pelo diodo de corpo é o comportamento indesejado de recuperação reversa, que ocorre quando o diodo desliga enquanto carrega uma corrente direta positiva. O tempo de recuperação reversa (trr) torna-se, portanto, um índice importante para definir as características de um MOSFET. A Figura 2 mostra uma comparação entre o trr de um MOSFET de 1000 V baseado em Si e um MOSFET baseado em SiC. Como pode ser visto, o diodo de corpo do MOSFET de SiC é extremamente rápido: os valores de trr e Irr são tão pequenos que são desprezíveis, e a perda de energia Err é consideravelmente reduzida.

P: Por que o desligamento suave é importante para proteção contra curto-circuito?

R: Outro parâmetro importante para um MOSFET SiC é o tempo de resistência a curto-circuito (SCWT). Como os MOSFETs SiC ocupam uma área muito pequena do chip e têm uma alta densidade de corrente, sua capacidade de suportar curtos-circuitos que podem causar rupturas térmicas tende a ser menor do que a de dispositivos baseados em silício. No caso, por exemplo, de um MOSFET de 1,2 kV com pacote TO247, o tempo de resistência a curto-circuito em Vdd=700V e Vgs=18V é de cerca de 8-10 μs. À medida que Vgs diminui, a corrente de saturação diminui e o tempo de resistência aumenta. À medida que Vdd diminui, menos calor é gerado e o tempo de resistência é maior. Como o tempo necessário para desligar um MOSFET SiC é extremamente curto, quando a taxa de desligamento Vgs é alta, um dI/dt alto pode causar picos de tensão severos. Um desligamento suave deve, portanto, ser usado para diminuir gradualmente a tensão do gate, evitando picos de sobretensão.

P: Por que o driver de porta isolado é uma escolha melhor?

R: Muitos dispositivos eletrônicos são circuitos de baixa e alta tensão, interconectados entre si para executar funções de controle e energia. Um inversor de tração, por exemplo, normalmente inclui um lado primário de baixa tensão (circuitos de energia, comunicação e controle) e um lado secundário (circuitos de alta tensão, motor, estágio de energia e circuitos auxiliares). O controlador localizado no lado primário normalmente usa sinais de feedback do lado de alta tensão e é suscetível a possíveis danos se nenhuma barreira de isolamento estiver presente. Uma barreira de isolamento isola eletricamente os circuitos do lado primário para o secundário, formando referências de aterramento separadas, implementando o chamado isolamento galvânico. Isso evita que sinais CA ou CC indesejados sejam transferidos de um lado para o outro, resultando em danos aos componentes de energia.

P: Quais são os principais usos do carboneto de silício?

R: O carboneto de silício é um abrasivo muito popular na lapidação moderna devido à sua durabilidade e ao custo relativamente baixo do material. É, portanto, crucial para a indústria da arte. Na indústria de manufatura, este composto é usado por sua dureza em vários processos de usinagem abrasiva, como brunimento, retificação, corte a jato de água e jateamento de areia.

P: Comente sobre a dureza do carboneto de silício?

R: O carboneto de silício tem a capacidade de formar uma substância cerâmica extremamente dura, tornando-o útil para aplicações em freios e embreagens automotivas, e também em coletes à prova de balas. Além de reter sua resistência em até 1400 graus, esta cerâmica exibe a mais alta resistência à corrosão entre todas as cerâmicas avançadas.

P: O carboneto de silício é solúvel em água?

R: O carbeto de silício é insolúvel em água. No entanto, é solúvel em álcalis fundidos (como NaOH e KOH) e também em ferro fundido. O carbeto de silício pode ser considerado um composto organossilício.

P: Por que o carboneto de silício é tão caro?

R: O custo de um único chip de carboneto de silício (SiC) pode variar dependendo de vários fatores, incluindo a aplicação específica, tamanho, complexidade e processo de fabricação. Geralmente, os chips de SiC tendem a ser mais caros do que os chips de silício tradicionais devido aos materiais avançados e técnicas de fabricação envolvidos.

P: Para que é melhor o carboneto de silício?

A: Como seu grão se quebra facilmente e mantém uma ação de corte afiada, os abrasivos de carboneto de silício são geralmente usados para retificar materiais duros e de baixa resistência à tração, como ferro resfriado, mármore e granito, e materiais que precisam de ação de corte afiada, como fibras, borracha, couro ou cobre. Frágil: Os produtos de carboneto de silício são frágeis e não são adequados para alguns ambientes com partículas grandes e desgaste fácil. 4. Usinabilidade ruim: A usinabilidade dos produtos de carboneto de silício é ruim e o processamento é difícil, por isso é difícil fabricar produtos de carboneto de silício com formas complexas

P: O carboneto de silício é à prova de balas?

R: Materiais cerâmicos, como o carboneto de silício (SiC), são considerados ideais para parar balas de rifle devido à sua impressionante resistência e robustez. O SiC pode ser combinado com materiais de apoio e inserido em coletes de proteção para fornecer proteção vital ao corpo contra quaisquer projéteis de alta velocidade. O carboneto de silício ocorre na natureza como um mineral extremamente raro conhecido como moissanita, que foi encontrado pela primeira vez em 1893 na cratera de meteoro Canyon Diablo, no Arizona.

P: O carboneto de silício se dissolve na água?

R: O carboneto de silício é insolúvel em água. No entanto, é solúvel em álcalis fundidos (como NaOH e KOH) e também em ferro fundido. Em julho de 2022, o MIT News anunciou que o arsenieto de boro cúbico poderia ser uma possível alternativa ao silício. O arsenieto de boro cúbico tem melhor desempenho do que o silício na condução de calor e eletricidade.

P: O carboneto de silício é mais forte que o diamante?

R: O carboneto de silício é duro com uma dureza Mohs de 9,5, que só perde para o diamante mais duro do mundo. Além disso, o carboneto de silício tem excelente condutividade térmica. É um tipo de semicondutor e pode resistir à oxidação em alta temperatura. O carboneto de silício (SiC), também conhecido como carborundum, é um composto de silício e carbono com fórmula química SiC.

P: Qual é melhor, carboneto de silício ou carboneto de tungstênio?

A: O carboneto de silício em pó aumenta significativamente a resistência à compressão e à tração [19]. O carboneto de tungstênio (WC) é útil porque é um material de proteção contra radiação. O WC em pó nano fornece maior proteção contra radiação e melhor resistência à compressão. A Tesla anunciou um novo trem de força para um futuro veículo que apresenta 75% menos componentes de carboneto de silício. Os fabricantes de chips envolvidos com carboneto de silício ignoraram a notícia, embora o principal participante da indústria, Aehr Test Systems, não veja o anúncio da Tesla como tendo um grande impacto na demanda futura.

P: O carboneto de silício pode cortar vidro?

A: Rodas de carboneto de silício são úteis para cortar vidro, quartzo, cerâmica, titânio, tungstênio, zircônio, urânio, berílio e germânio, fibras, plásticos (como fenólicos) e plásticos reforçados com fibras. Os principais perigos são o contato da pele com um provável carcinógeno ou a inalação de sílica cristalina que pode danificar seus pulmões. Alguns estados nos EUA, NJ é um exemplo, listam o carboneto de silício como uma substância perigosa.

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