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Carburo di silicio

Il carburo di silicio, detto anche carborundum, è un composto fatto di silicio e carbonio. Questo composto chimico si trova in un minerale chiamato moissanite. La forma naturale di carburo di silicio prende il nome da un farmacista francese chiamato Dr. Ferdinand Henri Moissan. La moissanite si trova solitamente in quantità molto piccole in meteoriti, kimberlite e corindone. Quindi, la maggior parte del carburo di silicio commerciale è sintetica. Sebbene sia difficile trovare carburo di silicio naturale sulla Terra, è piuttosto abbondante nello spazio. Il carburo di silicio è uno dei composti chimici più utili al mondo oggi. La sua applicazione interessa un gran numero di settori.

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NY TWO GLOBAL ha una forte presenza nel settore dei refrattari e degli abrasivi da dieci anni. Combinando fonti e un team di esperti ottimizzato, stiamo ampliando la nostra attività nei settori delle leghe, dei big bag e della vendita al dettaglio. Abbiamo due impianti BFA di proprietà al 100% e un impianto big bag. Investendo in altri impianti refrattari, miglioriamo la nostra posizione di produzione e controllo qualità a un prezzo migliore. Materie prime refrattarie e abrasive: carburo di silicio, allumina fusa bianca, allumina tabulare bianca, carburo di silicio nero, mullite fusa, bauxite, magnesia fusa, magnesia calcinata, allumina calcinata ecc. Lega: ferro manganese ad alto-medio-basso tenore di carbonio, ferro cromo ad alto tenore di carbonio, ferro cromo a basso tenore di carbonio, silico manganese, ferro silicio, silicio metallico, manganese metallico, fili animati, incoulant, ecc.

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Che cosa è il carburo di silicio?

Vantaggi del carburo di silicio

Eccellenti prestazioni ad alta temperatura
Il punto di fusione dei prodotti in carburo di silicio arriva fino a 2700 gradi, il che ne consente il mantenimento della stabilità strutturale e della resistenza in ambienti ad alta temperatura, per cui è ampiamente utilizzato nei metalli fusi ad alta temperatura, nei forni di riscaldamento ad alta temperatura, nell'industria petrolchimica ad alta temperatura e in altri settori.

Forte resistenza alla corrosione
Il carburo di silicio ha un'eccellente resistenza alla corrosione e può funzionare stabilmente per lungo tempo in ambienti acidi, alcalini e ossidanti.

Elevata durezza e elevata resistenza
Il carburo di silicio ha una durezza e una resistenza maggiori rispetto ai materiali ceramici tradizionali, quindi è molto resistente all'usura e agli urti.

Ottima conduttività termica e conduttività elettrica
Il carburo di silicio ha un'elevata conduttività termica e un'eccellente conduttività elettrica, per cui è ampiamente utilizzato nella produzione di componenti elettronici ad alta potenza e radiatori.

Proprietà del SiC

Politipismo del SiC
Il SiC è noto per il suo politipismo (diverse strutture cristalline), generato dall'impilamento di Si e C lungo l'asse principale (asse C). L'impilamento AaBbCcAaBbCc genera un reticolo di zinco-blenda 3C-SiC, AaBbAaBb genera 2H-SiC con un reticolo di wurtzite e AaBbAaCcAaBbAaC genera un reticolo 4H-SiC. Diverse forme cristalline con numeri variabili di atomi per cella unitaria influenzano le proprietà fisiche dei politipi a causa delle diverse bande di energia elettronica e dei rami vibrazionali.

Struttura a bande
Le diverse forme cristalline di SiC hanno dimensioni di bandgap variabili, che vanno da 2,4 eV (3C-SiC) a 3,35 eV (2H-SiC), che sono cruciali per determinare le loro proprietà elettroniche e ottiche. I politipi di SiC sono semiconduttori indiretti, il che significa che il politipo con il bandgap più piccolo (3C-SiC) a quello con il bandgap più grande (2H-SiC) richiede la partecipazione di fononi (modi vibrazionali quantizzati). Sebbene i politipi di SiC siano semiconduttori indiretti, sono candidati eccellenti per applicazioni di potenza.

Doping
Il drogaggio è un metodo fisico utilizzato per ottenere le proprietà elettriche desiderate del SiC. In questo processo, un elemento, un accettore (alluminio/boro/gallio) o un donatore (azoto/fosforo), viene introdotto nella fase di crescita del cristallo per alterarne la conduttività. Poiché la diffusione non è un metodo fattibile per drogare il SiC, l'impianto ionico con attivazione del drogante tramite riscaldamento ad alta temperatura viene utilizzato per drogare il SiC. Studi precedenti hanno riportato il successo del drogaggio del SiC con azoto per applicazioni quali la riduzione della perdita di potenza nelle strutture dei dispositivi di potenza verticali e applicazioni ad alta frequenza.

Proprietà elettriche
Il drogaggio involontario con donatori di azoto durante il processo di crescita indica che hanno elettroni in eccesso durante il processo di crescita, rivelando conduttività di tipo n in SiC. Gli atomi di azoto drogati sostituiscono gli atomi di carbonio nei siti reticolari, variando le energie di ionizzazione a causa di diversi ambienti locali e di uno specifico effetto di interferenza. Inoltre, le misurazioni di Hall aiutano a determinare la concentrazione di donatori di azoto, presupponendo una distribuzione equa tra vari siti reticolari.

Stabilità chimica
Il SiC subisce una facile ossidazione e forma una pellicola di biossido di silicio (SiO2), che ostacola gradualmente il processo di ossidazione. Tuttavia, se contemporaneamente sono presenti sostanze che possono rimuovere o rompere la pellicola di biossido di silicio, il SiC può essere ulteriormente ossidato. Il SiC non si dissolve facilmente in acidi o basi, ma può essere facilmente attaccato da fusioni alcaline. Le impurità primarie presenti nel SiC includono C e SiO2 e la quantità di impurità varia a seconda del tipo di prodotto.

Applicazione del carburo di silicio

01/

Carburo di silicio utilizzato nelle armature antiproiettile militari
Il carburo di silicio viene utilizzato per produrre armature antiproiettile. La proprietà di questo composto che lo rende adatto a tale scopo è la sua durezza. I proiettili e altri oggetti dannosi dovranno fare i conti con i blocchi di ceramica dura che il carburo di silicio forma. I proiettili non possono penetrare i blocchi di ceramica.

02/

Carburo di silicio utilizzato nei semiconduttori
Il carburo di silicio diventa un semiconduttore quando vengono aggiunti dei droganti. I droganti come il boro e l'alluminio aggiunti al carburo di silicio lo trasformano in un semiconduttore di tipo p. D'altro canto, i droganti come l'azoto e il fosforo aggiunti al carburo di silicio lo trasformano in un semiconduttore di tipo n. Puoi leggere questo post per maggiori informazioni sulle differenze tra semiconduttori di tipo p e semiconduttori di tipo n.

03/

Carburo di silicio utilizzato negli abrasivi
Il carburo di silicio è comunemente usato come abrasivo per la sua durezza. È utilizzato nella fabbricazione di mole, utensili da taglio e carta vetrata. Gli abrasivi al carburo di silicio sono solitamente più economici di altri abrasivi di qualità simile. Gli abrasivi sono utilizzati per macinare materiali come acciaio, alluminio, ghisa e gomma.

04/

Carburo di silicio utilizzato nei veicoli elettrici
Il carburo di silicio è una scelta migliore rispetto al silicio per alimentare i veicoli elettrici. I veicoli elettrici alimentati da carburo di silicio sono altamente efficienti e convenienti. Attualmente, molte aziende note hanno utilizzato il carburo di silicio per migliorare l'efficienza e l'autonomia nella produzione di veicoli elettrici, come Tesla.

05/

Carburo di silicio utilizzato in gioielleria
Strutturalmente simile al diamante, ma più lucente, più economico, più durevole e più leggero, il carburo di silicio è una valida alternativa al diamante nel settore della gioielleria.

06/

Carburo di silicio utilizzato nel carburante
Oltre ai suoi altri usi, il carburo di silicio è usato come combustibile. È usato come combustibile nella produzione di acciaio e produce acciaio più puro rispetto alla maggior parte degli altri combustibili. È anche un combustibile più economico e più ecologico.

Come scegliere il carburo di silicio

Identificazione delle esigenze refrattarie
Il primo passo nella scelta di un materiale refrattario adatto è identificare le esigenze specifiche dell'applicazione. Considerare l'intervallo di temperatura che il refrattario deve sopportare, l'ambiente chimico e l'applicazione specifica. Ciò aiuterà a restringere le scelte e ad assicurare che venga selezionato il materiale refrattario adatto.

Ricerca sui materiali refrattari
Una volta identificati i requisiti, è essenziale ricercare i diversi tipi di materiali refrattari disponibili. Considerare la resistenza agli shock termici, la resistenza chimica e altri fattori importanti.

Considera il tuo budget
Quando si seleziona un materiale refrattario, è fondamentale considerare il budget. Diversi materiali refrattari hanno prezzi diversi, e selezionare un materiale che rientri nel budget è importante. Inoltre, è fondamentale considerare il costo totale di proprietà, inclusi i costi di installazione, manutenzione e riparazione.

Secondo la qualificazione del carburo di silicio
Per ottenere la fiducia dei clienti, il produttore di carburo di silicio solitamente esegue la certificazione di qualità del carburo di silicio. Quindi, quando acquistiamo carburo di silicio, possiamo controllare la qualificazione del produttore di carburo di silicio. Più autorevole è l'autorità di certificazione, migliore è il carburo di silicio.

Come si produce il carburo di silicio?

Metodo Lely

Durante questo processo, un crogiolo di granito si riscalda a una temperatura molto elevata, solitamente per induzione, per sublimare la polvere di carburo di silicio. Una barra di grafite con temperatura inferiore è sospesa nella miscela gassosa, che consente intrinsecamente al carburo di silicio puro di depositarsi e formare cristalli.

Deposizione chimica da vapore

In alternativa, i produttori coltivano SiC cubico tramite deposizione chimica da vapore, comunemente utilizzata nei processi di sintesi basati sul carbonio e utilizzata nell'industria dei semiconduttori. In questo metodo, una miscela chimica specializzata di gas entra in un ambiente sotto vuoto e si combina prima di depositarsi su un substrato.

Precauzioni per la conservazione del carburo di silicio

Conservazione ordinata, possibilmente con lo stesso numero di lotto in file, per evitare errori nel processo di prelievo dei materiali.

La micropolvere di carburo di silicio ha un forte assorbimento di umidità, cercare di evitare di rimuovere la pellicola di conservazione a prova di umidità; questo può evitare l'agglomerazione di umidità, riducendo il tempo di asciugatura.

Utilizzare, per quanto possibile, il principio del materiale first-in first-out, per evitare l'agglomerazione delle materie prime dovuta a tempi di stoccaggio eccessivi.

se la polvere di carburo di silicio ultrafine durante il trasporto presenta imballaggi rotti, provare a conservarla separatamente per evitare l'inquinamento da polvere.

Si raccomanda di tenere il magazzino il più chiuso possibile, di stoccare separatamente e di fare attenzione all'umidità, al vento e alla pioggia.

La nostra fabbrica

Domande frequenti

D: A cosa serve il carburo di silicio?

A: Gli elementi in carburo di silicio sono usati oggi nella fusione del vetro e dei metalli non ferrosi, nel trattamento termico dei metalli, nella produzione di vetro float, nella produzione di componenti ceramici ed elettronici, negli accenditori nelle fiamme pilota per i riscaldatori a gas, ecc. I seguenti effetti acuti (a breve termine) sulla salute possono verificarsi immediatamente o subito dopo l'esposizione al carburo di silicio: * Il carburo di silicio può irritare gli occhi e il naso a contatto. * Ci sono prove limitate che il carburo di silicio causi il cancro negli animali. Può causare il cancro ai polmoni.

D: Quali sono le applicazioni del SiC nei dispositivi elettronici?

R: Il carburo di silicio è un semiconduttore che si adatta perfettamente alle applicazioni di potenza, grazie soprattutto alla sua capacità di sopportare tensioni elevate, fino a dieci volte superiori a quelle utilizzabili con il silicio. I semiconduttori basati sul carburo di silicio offrono una maggiore conduttività termica, una maggiore mobilità degli elettroni e minori perdite di potenza. I diodi e i transistor SiC possono anche funzionare a frequenze e temperature più elevate senza compromettere l'affidabilità. Le principali applicazioni dei dispositivi SiC, come i diodi Schottky e i transistor FET/MOSFET, includono convertitori, inverter, alimentatori, caricabatterie e sistemi di controllo motore.

D: Perché il SiC supera il Si nelle applicazioni energetiche?

R: Nonostante sia il semiconduttore più ampiamente utilizzato in elettronica, il silicio sta iniziando a mostrare alcune limitazioni, soprattutto nelle applicazioni ad alta potenza. Un fattore rilevante in queste applicazioni è il bandgap, o gap energetico, offerto dal semiconduttore. Quando il bandgap è elevato, l'elettronica che utilizza può essere più piccola, funzionare più velocemente e in modo più affidabile. Può anche funzionare a temperature, tensioni e frequenze più elevate rispetto ad altri semiconduttori. Mentre il silicio ha un bandgap di circa 1,12 eV, il carburo di silicio ha un valore quasi tre volte maggiore di circa 3,26 eV.

D: Perché il SiC riesce a gestire tensioni così elevate?

R: I dispositivi di potenza, in particolare i MOSFET, devono essere in grado di gestire tensioni estremamente elevate. Grazie a un'intensità di rottura dielettrica del campo elettrico circa dieci volte superiore a quella del silicio, il SiC può raggiungere una tensione di rottura molto elevata, da 600 V a poche migliaia di volt. Il SiC può utilizzare concentrazioni di drogaggio più elevate del silicio e gli strati di deriva possono essere resi molto sottili. Più sottile è lo strato di deriva, minore è la sua resistenza. In teoria, data una tensione elevata, la resistenza dello strato di deriva per unità di area può essere ridotta a 1/300 di quella del silicio.

D: Perché il SiC può superare le prestazioni dell'IGBT alle alte frequenze?

R: Nelle applicazioni ad alta potenza, in passato sono stati utilizzati principalmente IGBT e transistor bipolari, con l'obiettivo di ridurre la resistenza di accensione che si verifica a tensioni di rottura elevate. Questi dispositivi, tuttavia, offrono perdite di commutazione significative, con conseguenti problemi di generazione di calore che ne limitano l'uso ad alte frequenze. Utilizzando SiC, è possibile realizzare dispositivi, come diodi a barriera Schottky e MOSFET, che raggiungono tensioni elevate, bassa resistenza di accensione e funzionamento rapido.

D: Quali impurità vengono utilizzate per drogare il materiale in carburo di silicio?

R: Nella sua forma pura, il carburo di silicio si comporta come un isolante elettrico. Con l'aggiunta controllata di impurità o droganti, il SiC può comportarsi come un semiconduttore. Un semiconduttore di tipo P può essere ottenuto drogandolo con alluminio, boro o gallio, mentre le impurità di azoto e fosforo danno origine a un semiconduttore di tipo N. Il carburo di silicio ha la capacità di condurre elettricità in alcune condizioni ma non in altre, in base a fattori come la tensione o l'intensità della radiazione infrarossa, della luce visibile e dei raggi ultravioletti. A differenza di altri materiali, il carburo di silicio è in grado di controllare le regioni di tipo P e di tipo N richieste per la fabbricazione di dispositivi su ampi intervalli. Per queste ragioni, il SiC è un materiale adatto per dispositivi di potenza e in grado di superare le limitazioni offerte dal silicio.

D: In che modo i semiconduttori SiC possono ottenere una migliore gestione termica rispetto al silicio?

R: Un altro parametro importante è la conduttività termica, che è un indice di come il semiconduttore è in grado di dissipare il calore che genera. Se un semiconduttore non è in grado di dissipare efficacemente il calore, viene introdotta una limitazione sulla tensione e temperatura di esercizio massime che il dispositivo può sopportare. Questa è un'altra area in cui il carburo di silicio supera il silicio: la conduttività termica del carburo di silicio è di 1490 W/mK, rispetto ai 150 W/mK offerti dal silicio.

D: Qual è il tempo di recupero inverso del SiC rispetto al Si-MOSFET?

A: I MOSFET SiC, come le loro controparti in silicio, hanno un diodo di corpo interno. Una delle principali limitazioni offerte dal diodo di corpo è l'indesiderato comportamento di recupero inverso, che si verifica quando il diodo si spegne mentre trasporta una corrente diretta positiva. Il tempo di recupero inverso (trr) diventa quindi un indice importante per definire le caratteristiche di un MOSFET. La Figura 2 mostra un confronto tra il trr di un MOSFET basato su Si da 1000 V e un MOSFET basato su SiC. Come si può vedere, il diodo di corpo del MOSFET SiC è estremamente veloce: i valori di trr e Irr sono così piccoli da essere trascurabili e la perdita di energia Err è notevolmente ridotta.

D: Perché lo spegnimento graduale è importante per la protezione dai cortocircuiti?

R: Un altro parametro importante per un MOSFET SiC è il tempo di tenuta al cortocircuito (SCWT). Poiché i MOSFET SiC occupano un'area molto piccola del chip e hanno un'elevata densità di corrente, la loro capacità di resistere ai cortocircuiti che possono causare rotture termiche tende a essere inferiore a quella dei dispositivi basati sul silicio. Nel caso, ad esempio, di un MOSFET da 1,2 kV con package TO247, il tempo di tenuta al cortocircuito a Vdd=700V e Vgs=18V è di circa 8-10 μs. Man mano che Vgs diminuisce, la corrente di saturazione diminuisce e il tempo di tenuta aumenta. Man mano che Vdd diminuisce, viene generato meno calore e il tempo di tenuta è più lungo. Poiché il tempo necessario per spegnere un MOSFET SiC è estremamente breve, quando la velocità di spegnimento Vgs è elevata, un dI/dt elevato può causare gravi picchi di tensione. Pertanto, si dovrebbe utilizzare uno spegnimento soft per abbassare gradualmente la tensione di gate, evitando picchi di sovratensione.

D: Perché il gate driver isolato è una scelta migliore?

R: Molti dispositivi elettronici sono circuiti sia a bassa che ad alta tensione, interconnessi tra loro per svolgere funzioni di controllo e potenza. Un inverter di trazione, ad esempio, include in genere un lato primario a bassa tensione (circuiti di alimentazione, comunicazione e controllo) e un lato secondario (circuiti ad alta tensione, motore, stadio di potenza e circuiti ausiliari). Il controller situato sul lato primario normalmente utilizza segnali di feedback dal lato ad alta tensione ed è suscettibile a possibili danni se non è presente alcuna barriera di isolamento. Una barriera di isolamento isola elettricamente i circuiti dal lato primario a quello secondario formando riferimenti di terra separati, implementando il cosiddetto isolamento galvanico. Ciò impedisce che segnali AC o DC indesiderati vengano trasferiti da un lato all'altro, con conseguenti danni ai componenti di potenza.

D: Quali sono gli utilizzi principali del carburo di silicio?

R: Il carburo di silicio è un abrasivo molto popolare nella lapidaria moderna grazie alla sua durevolezza e al costo relativamente basso del materiale. È, quindi, fondamentale per l'industria artistica. Nell'industria manifatturiera, questo composto è utilizzato per la sua durezza in diversi processi di lavorazione abrasiva come levigatura, molatura, taglio a getto d'acqua e sabbiatura.

D: Commento sulla durezza del carburo di silicio?

A: Il carburo di silicio ha la capacità di formare una sostanza ceramica estremamente dura, rendendola utile per applicazioni in freni e frizioni per autoveicoli e anche in giubbotti antiproiettile. Oltre a mantenere la sua resistenza fino a 1400 gradi, questa ceramica mostra la più alta resistenza alla corrosione tra tutte le ceramiche avanzate.

D: Il carburo di silicio è solubile in acqua?

A: Il carburo di silicio è insolubile in acqua. Tuttavia, è solubile in alcali fusi (come NaOH e KOH) e anche in ferro fuso. Il carburo di silicio può essere considerato un composto organosiliconico.

D: Perché il carburo di silicio è così costoso?

R: Il costo di un singolo chip in carburo di silicio (SiC) può variare a seconda di diversi fattori, tra cui l'applicazione specifica, le dimensioni, la complessità e il processo di fabbricazione. In genere, i chip SiC tendono a essere più costosi dei chip in silicio tradizionali a causa dei materiali avanzati e delle tecniche di fabbricazione coinvolte.

D: A cosa serve di più il carburo di silicio?

A: Poiché la sua grana si frattura facilmente e mantiene un'azione di taglio netta, gli abrasivi al carburo di silicio sono generalmente utilizzati per la molatura di materiali duri, con bassa resistenza alla trazione, come ferro freddo, marmo e granito, e materiali che necessitano di un'azione di taglio netta, come fibre, gomma, pelle o rame. Fragile: i prodotti in carburo di silicio sono fragili e non adatti ad alcuni ambienti con particelle di grandi dimensioni e facile usura. 4. Scarsa lavorabilità: la lavorabilità dei prodotti in carburo di silicio è scarsa e la lavorazione è difficile, quindi è difficile realizzare prodotti in carburo di silicio con forme complesse

D: Il carburo di silicio è antiproiettile?

R: I materiali ceramici, come il carburo di silicio (SiC), sono considerati ideali per fermare i proiettili dei fucili grazie alla loro impressionante resistenza e durezza. Il SiC può essere combinato con materiali di supporto e inserito in giubbotti protettivi per fornire una protezione vitale del corpo contro qualsiasi proiettile ad alta velocità. Il carburo di silicio si trova in natura come un minerale estremamente raro noto come moissanite, che è stato trovato per la prima volta nel 1893 nel cratere meteoritico Canyon Diablo in Arizona.

D: Il carburo di silicio si dissolve in acqua?

A: Il carburo di silicio è insolubile in acqua. Tuttavia, è solubile in alcali fusi (come NaOH e KOH) e anche in ferro fuso. A luglio 2022, MIT News ha annunciato che l'arseniuro di boro cubico potrebbe essere una possibile alternativa al silicio. L'arseniuro di boro cubico ha prestazioni migliori del silicio nel condurre calore ed elettricità.

D: Il carburo di silicio è più resistente del diamante?

A: Il carburo di silicio è duro con una durezza Mohs di 9,5, che è seconda solo al diamante più duro al mondo. Inoltre, il carburo di silicio ha un'eccellente conduttività termica. È un tipo di semiconduttore e può resistere all'ossidazione ad alta temperatura. Il carburo di silicio (SiC), noto anche come carborundum, è un composto di silicio e carbonio con formula chimica SiC.

D: Qual è meglio, il carburo di silicio o il carburo di tungsteno?

A: Il carburo di silicio in polvere aumenta significativamente la resistenza alla compressione e alla trazione [19]. Il carburo di tungsteno (WC) è utile perché è un materiale di protezione dalle radiazioni. Il WC in polvere nano fornisce una maggiore protezione dalle radiazioni e una migliore resistenza alla compressione. Tesla ha annunciato un nuovo gruppo propulsore per un futuro veicolo che presenta il 75% in meno di componenti in carburo di silicio. I produttori di chip coinvolti nel carburo di silicio hanno preso spunto dalla notizia, sebbene il principale attore del settore Aehr Test Systems non veda l'annuncio di Tesla come avente un grande impatto sulla domanda futura.

D: Il carburo di silicio può tagliare il vetro?

R: Le mole in carburo di silicio sono utili per tagliare vetro, quarzo, ceramiche, titanio, tungsteno, zirconio, uranio, berillio e germanio, fibre, materie plastiche (come i fenoli) e materie plastiche rinforzate con fibre. I pericoli principali sono il contatto cutaneo con un probabile cancerogeno o l'inalazione di silice cristallina che potrebbe danneggiare i polmoni. Alcuni stati degli USA, il New Jersey è un esempio, elencano il carburo di silicio come sostanza pericolosa.

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