Carburo de Silicio
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¿Qué es el carburo de silicio?
El carburo de silicio, también conocido como SiC, es un material base semiconductor que consta de silicio puro y carbono puro. Puede dopar SiC con nitrógeno o fósforo para formar un semiconductor de tipo n-o doparlo con berilio, boro, aluminio o galio para formar un semiconductor de tipo ap-. Las versiones más oscuras y comunes del carburo de silicio a menudo incluyen impurezas de hierro y carbono, pero los cristales de SiC puro son incoloros y se forman cuando el carburo de silicio se sublima a 2700 grados Celsius.
¿Cómo se fabrica el carburo de silicio?
Método Lely
El método más sencillo de fabricación de carburo de silicio consiste en fundir arena de sílice y carbono, como el carbón, a altas temperaturas, hasta 2.500 grados Celsius. Durante este proceso, un crisol de granito se calienta a una temperatura muy alta, generalmente por inducción, para sublimar el polvo de carburo de silicio. Una varilla de grafito con temperatura más baja se suspende en la mezcla gaseosa, lo que inherentemente permite que el carburo de silicio puro se deposite y forme cristales.
Deposición química de vapor
Alternativamente, los fabricantes cultivan SiC cúbico mediante deposición química de vapor, que se utiliza comúnmente en procesos de síntesis basados en carbono-y en la industria de semiconductores. En este método, una mezcla química especializada de gases ingresa a un ambiente de vacío y se combina antes de depositarse sobre un sustrato.
Mayor voltaje de ruptura
El SiC tiene un voltaje de ruptura más alto en comparación con el silicio, lo que permite el diseño de dispositivos de potencia de voltaje más alto. El SiC funciona por encima de los 10 kV, muy por encima de lo que se puede utilizar actualmente. Hay disponibles dispositivos de SiC con capacidad nominal de 1200 V y 1700 V.
Mayor conductividad térmica
El SiC tiene una conductividad térmica más alta en comparación con el silicio, lo que conduce a una mejor gestión térmica y a una reducción de las pérdidas de energía. El rendimiento del silicio empeora con temperaturas más altas, mientras que el SiC es mucho más estable.
Mayor temperatura de funcionamiento
El SiC puede funcionar a temperaturas más altas en comparación con el silicio, lo que se traduce en una mayor confiabilidad y una mayor vida útil de los dispositivos. Un dispositivo de silicio suele estar sobre-especificado a temperatura ambiente para mantener las especificaciones a temperaturas más altas. Normalmente, un dispositivo de SiC con la mitad de la clasificación actual realizará el mismo trabajo que un IGBT de silicio porque el SiC es mucho más estable a temperaturas más altas y no necesita una reducción significativa.
Mayor frecuencia de conmutación
Las frecuencias más altas significan un tamaño y peso reducidos del material magnético porque los valores de los componentes en el filtro LC del transformador se vuelven significativamente más bajos. El SiC puede encenderse y apagarse mucho más rápido en comparación con el silicio, lo que da como resultado una mayor densidad de potencia y eficiencia en aplicaciones de electrónica de potencia.
Menor caída de voltaje directo
El SiC tiene una caída de voltaje directo más baja en comparación con el silicio, la ausencia virtual de una corriente de cola permite un apagado más rápido y pérdidas dramáticamente menores. Dado que hay menos energía que disipar, un dispositivo de SiC puede conmutar a frecuencias más altas y mejorar la eficiencia.
Algunos tipos comunes de productos de carburo de silicio
Polvo de carburo de silicio
El polvo de carburo de silicio es un material abrasivo de uso común. El polvo de carburo de silicio se puede producir haciendo reaccionar y pirolizando polisiloxanos vaporizados en un solo paso de calentamiento, lo que produce polvo de carburo de silicio. Este proceso es sencillo y económico. Este método consiste básicamente en introducir un polisiloxano vaporizado en una cámara de reacción. Luego se hace reaccionar el vapor de polisiloxano a una temperatura de aproximadamente 2900 grados F durante un período de tiempo suficiente para convertir el vapor de polisiloxano en polvo de carburo de silicio, que luego se recoge. Los polvos de carburo de silicio sirven como polvos abrasivos para el pulido fino o pulido basto de semiconductores, cerámicas y materiales ferrosos. También se puede utilizar para dar forma, afilar y pulir otros materiales.
Piedra de afilar de carburo de silicio
Una aplicación común de la piedra de afilar de carburo de silicio es el afilado de cuchillos hechos de acero inoxidable duro. La piedra de afilar de carburo de silicio corta agresivamente. Por lo general, las piedras de carburo de silicio vienen en un grano más grueso y son adecuadas para el afilado inicial. Se ha demostrado que las piedras de carburo de silicio tienen una dureza Mohs de 9-10. Las piedras de afilar de carburo de silicio se pueden utilizar con agua o aceite. Las piedras al óleo, por ejemplo, se pueden fabricar a partir de diferentes tipos de materiales, que son novaculita, óxido de aluminio y carburo de silicio, pero las piedras al óleo que cortan más rápido son las piedras de carburo de silicio. Cuando uses agua con las piedras, es útil mezclar un poco de jabón para platos, para que no penetre en los poros inmediatamente.
Grano de carburo de silicio
El grano de carburo de silicio es el medio de granallado más duro disponible. Este producto de alta-calidad se fabrica con una forma de grano angular, duro y en bloques. Este medio se romperá continuamente, lo que dará como resultado bordes cortantes y afilados. La dureza del grano de carburo de silicio permite tiempos de explosión más cortos en comparación con los medios más blandos. La arena de carburo de silicio se puede utilizar muchas veces en aplicaciones que utilizan volteadores (como volteretas de rocas). A medida que el medio se descompone lentamente, agregar medios "frescos" adicionales creará una mezcla de tamaños de partículas para una limpieza y pulido extremadamente eficientes.
¿Cuáles son los usos del carburo de silicio?
Carburo de silicio utilizado en armaduras militares a prueba de balas
El carburo de silicio se utiliza para fabricar armaduras antibalas. La propiedad de este compuesto que hace que sea aplicado con tal fin es su dureza. Las balas y otros objetos dañinos tendrán que lidiar con los duros bloques cerámicos que forma el carburo de silicio. Las balas no pueden atravesar los bloques de cerámica.
Carburo de silicio utilizado en semiconductores
El carburo de silicio se convierte en un semiconductor cuando se le añaden dopantes. Los dopantes como el boro y el aluminio añadidos al carburo de silicio lo convierten en un tipo -de semiconductor. Por otro lado, los dopantes como el nitrógeno y el fósforo añadidos al carburo de silicio lo convierten en un semiconductor de tipo n-. Puede leer esta publicación para obtener más información sobre las diferencias entre los semiconductores tipo p-y los semiconductores tipo n-.
Carburo de silicio utilizado en abrasivos
El carburo de silicio se usa comúnmente como abrasivo debido a su dureza. Se utiliza en la fabricación de muelas abrasivas, herramientas de corte y papel de lija. Los abrasivos de carburo de silicio suelen ser más económicos que otros abrasivos de calidad similar. Los abrasivos se utilizan para moler materiales como acero, aluminio, hierro fundido y caucho.
Carburo de silicio utilizado en vehículos eléctricos
El carburo de silicio es una mejor opción que el silicio para impulsar vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos propulsados por carburo de silicio son muy eficientes y rentables-. En la actualidad, muchas-empresas conocidas han utilizado carburo de silicio para mejorar la eficiencia y la autonomía en la fabricación de vehículos eléctricos, como Tesla.
Carburo de silicio utilizado en joyería
Estructuralmente similar al diamante, pero más brillante, más barato, más duradero y más liviano que el diamante, el carburo de silicio es una-alternativa bien merecida al diamante en la industria de la joyería.
Carburo de silicio utilizado en combustible
Además de sus otros usos, el carburo de silicio se utiliza como combustible. Se utiliza como combustible en la fabricación de acero y produce acero más puro que la mayoría de los demás combustibles. También es un combustible más barato y-más respetuoso con el medio ambiente.
Carburo de silicio utilizado en LED
El primer conjunto de-diodos emisores de luz (LED) que se produjo utilizó tecnología de carburo de silicio. Se utilizó para fabricar LED azules, rojos y amarillos. Los LED se utilizan en televisores, tableros de anuncios y computadoras.
El carburo de silicio (SiC) es un compuesto químico compuesto de carbono y silicio. Es conocido por sus excelentes propiedades abrasivas y se ha utilizado para fabricar muelas abrasivas y otros productos abrasivos durante más de un siglo. Sin embargo, también se ha convertido en una cerámica de grado técnico de alta-calidad con una amplia gama de aplicaciones.
Una de las propiedades químicas clave del carburo de silicio es su resistencia a ácidos y bases. No se disuelve en ácidos o bases, pero puede ser atacado por fundidos alcalinos y algunos metales y óxidos metálicos. Puede soportar temperaturas de hasta 1.500 grados en un gas inerte o en una atmósfera reductora.
En términos de propiedades físicas, el carburo de silicio tiene baja densidad, alta resistencia y baja expansión térmica. También tiene alta conductividad térmica, alta dureza y un alto módulo elástico. Estas propiedades lo hacen adecuado para diversas aplicaciones, como abrasivos, refractarios, cerámicas y componentes de alto-rendimiento.
El carburo de silicio es altamente inerte y no es atacado por ácidos, álcalis o sales fundidas hasta 800 grados. En el aire, forma una capa protectora de óxido de silicio a 1200 grados, lo que permite su uso a temperaturas de hasta 1600 grados. Su alta conductividad térmica y baja expansión térmica, combinadas con su alta resistencia, le confieren una excepcional resistencia al choque térmico.
El material también es un conductor eléctrico y encuentra aplicaciones en calentamiento por resistencia, encendedores de llama y componentes electrónicos. Su pureza química y resistencia al ataque químico a altas temperaturas lo hacen popular para su uso en hornos de semiconductores como soportes de bandejas de obleas y paletas. Además, se utiliza en elementos calefactores de resistencia para hornos eléctricos y como componente clave en termistores y varistores.
En términos de propiedades térmicas, el carburo de silicio tiene una conductividad térmica relativamente alta y un bajo coeficiente de expansión térmica en comparación con otros materiales cerámicos. Esto da como resultado una resistencia favorable al choque térmico, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde se producen cambios rápidos de temperatura.
Propiedades físicas y mecánicas
Densidad
La densidad de partículas de varias formas cristalinas de carburo de silicio es muy cercana, generalmente se considera de 3,20 g/m³, y la densidad aparente natural de sus abrasivos de carburo de silicio está entre 1,2 y 1,6 g/m³, cuya altura depende del número de tamaño de partícula, la composición del tamaño de partícula y la forma de la partícula.
Dureza
La dureza Mohs del carburo de silicio es 9,2, la dureza de microdensidad Weiss es 3000-3300 kg/m³, la dureza nupcial es 2670-2815 kg/mm, que es superior a la del corindón y sólo superada por el diamante, el nitruro de boro cúbico y el carburo de boro en abrasivos, y su resistencia al desgaste es más de diez veces mayor que la de la aleación justa y el hierro fundido resistente al desgaste.
Conductividad térmica
la conductividad térmica de los productos de carburo de silicio es muy alta, la conductividad térmica de más de 12, el coeficiente de expansión térmica es pequeña, alta resistencia al choque térmico y son materiales refractarios de alta -calidad.
- Almacenamiento ordenado, el mismo número de lote en la medida de lo posible en filas, para evitar errores en el proceso de toma de materiales.
- El micropolvo de carburo de silicio tiene una fuerte absorción de humedad; trate de evitar quitar la película-a prueba de humedad almacenada; esto puede evitar la aglomeración de humedad y acortar el tiempo de secado.
- En la medida de lo posible, utilizar el principio de material primero-en entrar, primero-en salir, para evitar la acumulación de materias primas debido al tiempo excesivo de almacenamiento.
- Si el polvo ultra-de carburo de silicio ultrafino durante el transporte se rompe en el embalaje, intente guardarlo por separado para evitar la contaminación por polvo.
- Se recomienda cerrar el almacén en la medida de lo posible, almacenarlo por separado y prestar atención a la humedad, el viento y la lluvia.
¿De qué están hechos el silicio y el carburo de silicio?
Cuando se sintetiza en su forma más pura, el silicio forma una estructura cristalina en la que un único átomo de silicio forma un enlace con otros cuatro átomos de silicio adyacentes. Este sustrato de base de silicio se puede dopar luego con otros elementos diversos para formar uniones semiconductoras sobre una oblea del sustrato de silicio.
El carburo de silicio, por otro lado, es una mezcla de átomos de silicio y carbono que forma una variedad de estructuras cristalinas. Las estructuras más adoptadas para uso en semiconductores son el carburo de silicio 3C, 4C y 6H, todas las cuales tienen diferentes propiedades eléctricas y ventajas cuando están dopadas con varios elementos. Las obleas de silicio crecen hasta entre 8 y 12 pulgadas y se forman a partir de una fase fundida de silicio puro. El carburo de silicio, sin embargo, generalmente se sintetiza a partir de la fase de vapor y puede crecer hasta seis pulgadas.
Propiedades del silicio y del carburo de silicio: potencia y velocidad
Dada su capacidad para soportar campos eléctricos más altos, los materiales de sustrato de carburo de silicio pueden soportar voltajes más altos antes de descomponerse. El silicio tiene un voltaje de ruptura de alrededor de 600 V, mientras que el carburo de silicio puede soportar voltajes 5-10 veces superiores. Lo que esto significa en la práctica es que las aplicaciones de alta potencia podrán utilizar tecnología de semiconductores, o que un dispositivo con la misma diferencia de voltaje puede volverse casi diez veces más pequeño. El carburo de silicio puede conmutar a una velocidad casi diez veces mayor que el silicio, lo que da como resultado circuitos de control más pequeños.
Aplicaciones de silicio y carburo de silicio en el mundo real
Un gran ejemplo industrial de implementación de carburo de silicio en lugar de silicio es la industria de los vehículos eléctricos. Al conducir un vehículo eléctrico, el sistema electrónico está diseñado para soportar la carga completa de la capacidad de potencia del vehículo, lo que se puede lograr tanto en diseños basados en silicio como en carburo de silicio-. Los IGBT de silicio se utilizan habitualmente en inversores de vehículos eléctricos, donde accionan motores-alimentados por baterías. Sin embargo, dado el ciclo de conducción normal de un automóvil (es decir, sin utilizar una carga completa), la alta resistividad del silicio lo hace bastante ineficiente. Dado que el carburo de silicio puede manejar los mismos requisitos de diseño de carga en un tamaño mucho más pequeño, el carburo de silicio se vuelve significativamente más eficiente y posteriormente puede aumentar la eficiencia de todo el sistema inversor en casi un 80%.
Certificaciones






Nuestra fábrica
A continuación se muestra nuestra fábrica:





Guía definitiva
P: ¿Cuáles son los usos clave del carburo de silicio?
P: ¿Cuáles son las propiedades del carburo de silicio?
Alta resistencia.
Buena resistencia a altas temperaturas (unida por reacción)
Resistencia a la oxidación (unida por reacción)
Excelente resistencia al choque térmico.
Alta dureza y resistencia al desgaste.
Excelente resistencia química.
Baja expansión térmica y alta conductividad térmica.
P: ¿El carburo de silicio es soluble en agua?
P: ¿Cuáles son las aplicaciones del SiC en dispositivos electrónicos?
P: ¿El carburo de silicio es malo para el medio ambiente?
P: ¿Por qué el SiC puede soportar voltajes tan altos?
P: ¿Qué impurezas se utilizan para dopar el material de carburo de silicio?
P: ¿De qué color es el carburo de silicio?
P: ¿Cuál es la diferencia entre el carburo de silicio verde y negro?
P: ¿Cómo pueden los semiconductores de SiC lograr una mejor gestión térmica que el silicio?
P: ¿Es estable el carburo de silicio?
P: ¿Cuáles son los desafíos de la producción de carburo de silicio?
P: ¿Cuáles son los peligros del carburo de silicio?
P: ¿Se puede romper el carburo de silicio?
P: ¿Qué es el carburo de silicio negro?
P: ¿Qué hace que el carburo de silicio sea un material extremadamente resistente?
P: ¿Cuál es la debilidad del carburo de silicio?
P: ¿Por qué es tan caro el carburo de silicio?









