Introducción
Recientemente, ha aumentado la demanda global de materiales cerámicos con mayor resistencia y durabilidad para soportar condiciones de trabajo rigurosas y mantener un rendimiento eficiente. Por ello, el carburo de silicio se ha consolidado como uno de los mejores y más utilizados. Además de su impresionante dureza y durabilidad, también posee otras propiedades interesantes, que analizaremos en detalle en el artículo de hoy. Además, aprenderá sobre los diversos tipos, aplicaciones y tendencias del mercado del carburo de silicio, y cómo los disipadores de calor cerámicos se diferencian del aluminio y otros materiales.
Características de los materiales cerámicos de carburo de silicio
Los materiales cerámicos de carburo de silicio son materiales cerámicos avanzados fabricados a partir de material semiconductorEl carburo de silicio se utiliza en numerosas aplicaciones industriales. A veces presenta un color amarillo y otras veces verdoso. Estos semiconductores están compuestos de silicio y carbono dispuestos en estructuras de red cristalina, lo que los convierte en uno de los materiales artificiales más duros conocidos. A continuación, se presentan algunas propiedades de los materiales cerámicos de carburo de silicio que debe conocer al considerar su compra:
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Alto nivel de resistencia al calor y a la corrosión.
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Capacidad de soportar altas temperaturas llegando a alcanzar los 1.300°C.
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Resistente a arañazos
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Excelentes conductores de calor y electricidad.
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Materiales químicamente inactivos.
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Baja densidad
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Poseen un amplio ancho de banda, lo que significa que pueden servir como buenos semiconductores para dispositivos electrónicos.
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Baja expansión térmica y resistencia a los golpes.
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Materiales extremadamente duros, sólo superados por el diamante.
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Alta densidad de 3,20 g/mm
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Alto punto de fusión de 2.730 °C
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Módulo elástico grande mayor de 400 GPa.
Tipos de materiales cerámicos de carburo de silicio
Hay tres tipos principales de materiales de carburo de silicio:
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Materiales de carburo de silicio unidos por reacción (RBSiC):
Este tipo de material cerámico de carburo de silicio es conocido por su excepcional densidad y resistencia. Se fabrica industrialmente a partir de la combinación química de polvos de silicio y carbono. altas temperaturas y una presión de sinterización mínima. Una vez realizado esto, generalmente se obtiene un material poroso que permite la infiltración de silicio. Gracias a su alta resistencia a la temperatura y al desgaste, el RBSiC es un material excelente para la producción de crisoles, espejos espaciales y muchos otros componentes industriales de alta temperatura.
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Materiales de carburo de silicio infiltrado con silicio (SiSiC):
Este tipo de carburo de silicio se asemeja más a un grado de alta densidad del carburo de silicio ligado por reacción. La diferencia radica en que los materiales porosos están infiltrados con silicio líquido. El SiSiC se puede utilizar en diversas aplicaciones, como tubos cerámicos para el revestimiento de máquinas industriales, semiconductores para dispositivos electrónicos y herramientas para la fabricación de boquillas y materiales de corte.
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Materiales de carburo de silicio sinterizado (SSIC):
Estos materiales ligeros se forman comprimiendo partículas de carburo de silicio en polvo a alta temperatura y baja presión. Presentan alta pureza, superficies más lisas y mayor densidad. Este tipo de material SSIC se puede utilizar industrialmente para la producción de bombas, sellos mecánicos y algunas piezas de repuesto para maquinaria.
Comparación entre disipadores de calor de cerámica y disipadores de calor de aluminio.
Los disipadores de calor son dispositivos o placas que se utilizan en la industria eléctrica para eliminar el calor excesivo producido por los componentes electrónicos (disipación de calor). Con el aumento de la producción de... dispositivos electrónicos En los últimos años, los materiales cerámicos avanzados y el aluminio se han convertido en los dos materiales más utilizados en la producción de estos disipadores de calor.
Sin embargo, si tiene que elegir entre ambas opciones, los disipadores de calor cerámicos fabricados con materiales cerámicos avanzados como el carburo de silicio son probablemente una mejor opción que los de aluminio, ya que disipan o eliminan mejor el calor de los dispositivos electrónicos. ¿Por qué son mejores? Si se pregunta, porque, a diferencia del aluminio, los disipadores de calor de carburo de silicio son mejores conductores de electricidad en dispositivos electrónicos de alta precisión gracias a su excepcional dureza y a su capacidad para funcionar bien en condiciones adversas como altas temperaturas o calor. Además, estos disipadores de calor cerámicos avanzados son más ecológicos y tienen una mayor resistencia térmica que el aluminio.
En comparación con el aluminio, los disipadores de calor cerámicos también resisten reacciones químicas y corrosión, y no permiten interferencias electromagnéticas. Estas propiedades hacen que los disipadores de calor cerámicos de carburo de silicio disipen el calor de dispositivos electrónicos ligeros o de alta energía de forma excelente, en comparación con el aluminio.
Los disipadores de calor de aluminio no son una mala opción. Si está considerando el costo de comprar alguno de ellos, debe saber que los de aluminio son más económicos que los de cerámica y también son buenos conductores térmicos. Elegir entre un disipador de cerámica y uno de aluminio depende de las propiedades que desee o de la aplicación para la que lo necesite. Por lo tanto, mientras que los de cerámica ofrecen un rendimiento óptimo, los de aluminio son más rentables.
Elementos calefactores de carburo de silicio
El carburo de silicio se puede utilizar para fabricar elementos calefactores, con una alta conductividad térmica. Gracias a su alta densidad, se pueden extraer varillas y tubos cerámicos de diferentes grados de SiC a temperaturas que alcanzan los 2500 °C.
La alta potencia de salida es una característica distintiva de los elementos calefactores de carburo de silicio. Estos elementos, en la mayoría de los casos, no necesitan soporte externo, ya que pueden montarse de cualquier manera (horizontal o verticalmente).
El carburo de silicio se utiliza para fabricar elementos calefactores porque:
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Tiene la capacidad de gestionar diferentes productos independientemente de la atmósfera.
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Son muy económicos y no tienen problemas de almacenamiento.
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También es limpio y respetuoso con el medio ambiente.
Aplicaciones de los elementos calefactores de carburo de silicio
Los elementos calefactores de carburo de silicio se pueden utilizar en diferentes entornos y aplicaciones. Veamos algunos:
Industria del vidrio
En la industria del vidrio, estos elementos calefactores de SiC se pueden utilizar para fundir (debido a su propiedad refractaria) y refinar el vidrio.
Industria eléctrica
Se puede utilizar para fabricar porcelanas eléctricas, muelas abrasivas, bujías, calentadores de difusión y de carburo de silicio.
Metalurgia
La sinterización, el endurecimiento, la desoxidación, el ensayo, el tratamiento térmico, la forja y la soldadura fuerte son aplicaciones adecuadas para los elementos calefactores de carburo de silicio en la industria metalúrgica.
Industria cerámica
La industria cerámica no se queda atrás, ya que tanto la cerámica como algunos otros utensilios de cocina que utilizamos en casa son productos del calentamiento con carburo de silicio.
Tendencias actuales del mercado internacional y valor de mercado de la cerámica de carburo de silicio.
Los materiales de carburo de silicio infiltrado (SiSiC) y carburo de silicio sinterizado (SSiC) dominaron el mercado de la cerámica durante mucho tiempo en 2023. Debido a su utilidad, muchas industrias comenzaron a demandar estos materiales cerámicos de carburo de silicio y, como resultado, el mercado creció a un ritmo asombroso.
Le interesará saber que hace dos años, el mercado de cerámica de carburo de silicio se valoraba en 1270 millones de dólares. Con una tasa de crecimiento anual compuesta de 5251 millones de dólares, se espera que supere los 2000 millones de dólares para 2030. En Asia, participan importantes actores del mercado como Fuji Electric Company, Ltd. (Japón), ROHM Company, Ltd., STMicroelectronics, etc.
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Aplicaciones de los materiales cerámicos de carburo de silicio
Los materiales cerámicos de carburo de silicio se pueden aplicar en diversas industrias, desde la química y la ingeniería hasta la industria manufacturera, entre otras. Analizaremos algunas de ellas:
Empresas de ingeniería
En las empresas de ingeniería, el carburo de silicio se puede utilizar en electrónica para producir dispositivos, máquinas y equipos que requieren un alto nivel de conductividad térmica y resistencia al calor. Por ejemplo, se puede utilizar en la producción de frenos, piezas de motor, bombas, rodamientos, sellos mecánicos, revestimientos de hornos, boquillas, tuberías, etc.
Industria cerámica
La cerámica de carburo de silicio se puede utilizar para producir esmaltes de uñas, estantes y revestimientos de hornos debido a su excelente resistencia química y refractaria.
Producción de abrasivos
Los materiales que requieren superficies rugosas y resistentes a los arañazos, como piezas de máquinas y herramientas de corte, pueden fabricarse con cerámica de carburo de silicio. Los abrasivos, por ejemplo, utilizan la dureza y la resistencia al desgaste del carburo de silicio para aumentar su eficacia.
Industria electrónica
La electrónica, los semiconductores y los dispositivos de potencia como los diodos Schottky y los MOSFET también se benefician de la cerámica de carburo de silicio.
Militar
Los chalecos antibalas utilizados en el ejército reaccionan brillantemente bien a objetos de alto impacto porque la mayoría de ellos están hechos de materiales cerámicos de carburo de silicio.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el nombre común de los materiales cerámicos de carburo de silicio?
El nombre común de los materiales cerámicos de carburo de silicio es moissanita.
¿Cuál es la clasificación de dureza Mohs de la cerámica de carburo de silicio?
Una calificación de dureza Mohs de 9,5 hace que la cerámica de carburo de silicio sea el segundo material más duro de la Tierra después del diamante.
¿Los materiales cerámicos de carburo de silicio tienen punto de ebullición y punto de fusión?
Sí, tienen un punto de fusión de aproximadamente 2730 °C, pero no tienen un punto de ebullición definido. Sin embargo, investigaciones recientes demuestran que a 4936 °F, pueden pasar de sólido a gas (sublimación).
¿Qué es el carburo de sílice y qué lo diferencia del carburo de silicio?
Su composición química y física los diferencia. Mientras que el carburo de sílice es un óxido de silicio, con la fórmula química SiO₂, el carburo de silicio es un compuesto químico de silicio y carbono.
Conclusión
Los materiales de carburo de silicio seguirán siendo un pilar de la economía mundial mientras la población mundial siga utilizando y demandando materiales cerámicos avanzados. Con las innovaciones y modificaciones que se avecinan en estos materiales cerámicos de carburo de silicio, es sin duda uno de los mejores sectores en los que se puede entrar con seguridad y prever un auge.