Carbură de siliciu

Lucrarea de fata prezinta aspectele principale legate de procesarea materialelor compozite. Crearea unei structuri sau a unui material inteligent implica doua aspecte. In primul rand, este necesara crearea unei structuri compozite, de cele mai multe ori bazata pe rasini epoxidice si intarita de fibra de sticla. In al doilea rand, de-a lungul acestei structuri este integrata o retea de senzori si de actuatori.

O astfel de strucura inteligenta trebuie sa indeplineasca urmatoarele functii:

-functia de senzor

-functia de actuator

-functia de procesare.

Aceste functii sunt indeplinite de proprietatile functionale ale unor materiale speciale ce sunt capabile sa transfere mecanisme la nivel atomic sau molecular. Analiza granulelor de SiC gasite in meteoritul condrit carbonat Murchison a scos la iveala proportii anormale de carbon si siliciu, indicand o origine din afara sistemului nostru solar. 99% din aceste granule de SiC provin din jurul stelelor AGB (Asymptotic giant branch). SiC se gaseste in mod normal in jurul acestor stele, dupa cum arata spectrul infrarosu.

Productie. Metoda moderna de fabricare a carburii de siliciu pentru materialele abrazive, materiale refractare si pentru industria metalurgica este similara celei dezvoltate de Acheson. Un amestec de praf de siliciu pur si carbon sub forma de cocs fin este pozitionat in jurul unui conductor de carbon, intr-un cuptor de caramida cu un nivel ridicat de rezistenta electrica. Prin acest conductor trece curentul electric, dand nastere unei reactii chimice in urma careia carbonul din cocs si siliciul din praf se amesteca si formeaza SiC si monoxid de carbon. Aceasta operatiune poate dura cateva zile, timp in care temperatura din cuptor poate varia intre 2200? si 2700?C (4000? - 4900?F) in centru si 1400?C (2500?F) la extremitati. Consumul de energie poate depasi 100.000 kh/proces. Produsul finit reprezinta o patura de cristale de SiC de culoare verde-negru, inconjurate de materiale neprelucrate, partial sau in intregime nemodificate. Agregatul este mai apoi strivit, maruntit si selectionat in functie de uz. In cazul aplicatiilor electronice, cristale mari de SiC pot fi extrase din vapori; amestecul poate fi mai apoi taiat in microplacute, asemanatoare celor de siliciu folosite la fabricarea unor aparate solide.

Pentru a reintari diferite metale sau alte produse ceramice, fibrele de SiC pot fi fabricate in divesre moduri, inclusiv prin depunerea de vapori chimici si aprinderea fibrelor polimerice ce contin soliciu.

Proprietati. Carbura de siliciu se gaseste in cel putin 70 de forme cristaline. Carbura de siliciu alfa (?-SiC) este cel mai des intalnit polimorf. Aceasta se fabrica la temperaturi de peste 2000?C si prezinta on structura de cristal hexagonala, asemanatoare Wurtzite. Carbura de siliciu beta (?-SiC), ce prezinta o structura de cristal amestecata cu zinc asemanatoare diamantului, este fabricata la tenperaturi sub 2000?C. Pana nu demult, varianta beta avea foarte putine utilizari comerciale. In prezent, aceasta se foloseste din ce in ce mai mult ca baza pentru catalizatorii heterogeni, datorita suprafetei mai mari comparativ cu varianta alfa.

Carbura de siliciu are o densitate de 3,2 g/cm?, iar datorita temperaturii mare de fabricare (aproximativ 2700?C) poate fi folosita cu succes la fabricarea cuzinetilor si a componentelor de cuptor. Carbura de siliciu nu se topeste sub presiune. De asemenea, este inerta din punct de vedere chimic. In prezent, se foloseste foarte mult ca material semiconductor in aplicatiile electronice, unde datorita gradului mare de conductivitate termica, puterii ridicate de spargere a campului electric si densitatii maxime este mult mai folosita comparativ cu siliciul in cazul aparatelor de mare putere. Mai mult, carbura de siliciu prezinta un grad ridicat de cuplare la radiatiile cu microunde. Datorita acestui lucru, precum si gradului ridicat de sublimare, carbura de siliciu este folosita in procesul de incalzire si turnare a metalelor. SiC prezinta un coeficient scazut de expansiune termica (4.0 x 10-6/K), insa nu prezinta tranzitii de faza ce ar putea cauza discontinuitati la expansiunea termica.

Aplicatii

Ca material abraziv. In domeniul artelor, carbura de siliciu este folosita ca material abraziv intr-un stil modern lapidar datorita rezistentei ridicate si a costurilor scazute. In industria prelucratoare, SiC este folosita datorita gradului ridicat de duritate in diverse procese precum: macinare, honuire, taiere prin jet de apa si slefuire.

Aplicatii la temperaturi ridicate. Datorita nivelului ridicat de conductivitate termica, carbura de siliciu este folosita ca substrat pentru alte materiale semiconductoare, ca de exemplu nitrura de galiu. Datorita unei zone de energie interzisa extinsa, particulele de SiC pot opera la temperaturi ridicate (peste 350?C). Acest lucru, precum si nivelul ridicat de conductivitate termica, dovedeste faptul ca SiC poate fi folosita cu succes in diverse aplicatii la temperaturi ridicate. Aparatura fabricata din carbura de siliciu prezinta un grad ridicat de toleranta la radiatii. Din acest motiv carbura de siliciu este folosita cu succes in aplicatiile din industria aeronautica si de aparare. Nitrura de galiu reprezinta o alternativa la SiC in numeroase aplicatii.

Elemente de incalzire. Referinte privind folosirea carburii de siliciu la fabricarea elementelor de incalzire exista de la inceputul secolului XX, atunci cand astfel de elemente au fost fabricate de Acheson's Carborundum Co. in Statele Unite si EKL in Berlin. Carbura de siliciu ofera temperaturi de operare ridicate, spre deosebire de incalzitoarele metalice, desi temperatura de operare era limitata initial de terminale racite cu apa, ce transmiteau curentul electric catre zona fierbinte a carburii de siliciu.