Negli ultimi anni, i semiconduttori composti in carburo di silicio hanno ricevuto ampia attenzione nel settore. Tuttavia, essendo un materiale ad alte prestazioni, i dispositivi elettronici (diodi, dispositivi di potenza) rappresentano solo una piccola parte delle sue applicazioni. Il carburo di silicio può essere utilizzato anche come abrasivo, materiale da taglio, materiale strutturale, materiale ottico, supporto per catalizzatori, ecc. Oggi presenteremo principalmente le ceramiche in carburo di silicio, che presentano i vantaggi di proprietà chimiche stabili, resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, elevata conduttività termica, basso coefficiente di dilatazione termica, bassa densità ed elevata resistenza meccanica. È ampiamente utilizzato nei macchinari chimici, nell'energia e nella protezione ambientale, nei semiconduttori, nella metallurgia, nella difesa nazionale e nell'industria militare e in altri settori.

1. Struttura e proprietà del carburo di silicio

Il carburo di silicio (SiC) contiene silicio e carbonio ed è un tipico composto polimorfico. È costituito principalmente da due forme cristalline: α-SiC (stabile alle alte temperature) e β-SiC (stabile alle basse temperature). Esistono oltre 200 polimorfi, di cui 3C-SiC di β-SiC e 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC e 15R-SiC di α-SiC sono particolarmente rappresentativi.

A temperature inferiori a 1600 °C, il SiC esiste come β-SiC, che può essere prodotto da una semplice miscela di silicio e carbonio a circa 1450 °C. Oltre i 1600 °C, il β-SiC si trasforma lentamente in vari politipi di α-SiC. Il 4H-SiC si forma facilmente a temperature intorno ai 2000 °C; sia il politipo 6H che quello 15R richiedono temperature superiori a 2100 °C per formarsi prontamente. Il 6H-SiC rimane molto stabile anche a temperature superiori a 2200 °C, il che lo rende ampiamente utilizzato nelle applicazioni industriali. Il carburo di silicio puro è un cristallo incolore e trasparente. Il carburo di silicio industriale è disponibile in colori di trasparenza decrescente, tra cui incolore, giallo pallido, verde chiaro, verde scuro, azzurro, blu scuro e persino nero. L'industria degli abrasivi classifica il carburo di silicio in base al colore: carburo di silicio nero e carburo di silicio verde. Il carburo di silicio da incolore a verde scuro è classificato come carburo di silicio verde, mentre il carburo di silicio da azzurro a nero è classificato come carburo di silicio nero. Il carburo di silicio nero e il carburo di silicio verde sono entrambi cristalli esagonali di α-SiC. Generalmente, le ceramiche al carburo di silicio utilizzano polvere di carburo di silicio verde come materia prima.

2. Processo di preparazione della ceramica al carburo di silicio

Le ceramiche al carburo di silicio vengono prodotte frantumando, macinando e classificando le materie prime di carburo di silicio per ottenere particelle di SiC con una distribuzione granulometrica uniforme. Le particelle di SiC vengono quindi miscelate con un additivo di sinterizzazione e un legante temporaneo, pressate fino a formare un compatto verde e quindi sinterizzate ad alta temperatura. Tuttavia, a causa dell'elevata natura covalente dei legami Si-C (~88%) e del loro basso coefficiente di diffusione, una delle principali sfide nel processo di preparazione è la difficoltà di ottenere la densificazione durante la sinterizzazione. I metodi per preparare ceramiche al carburo di silicio ad alta densità includono la sinterizzazione di reazione, la sinterizzazione senza pressione, la sinterizzazione senza pressione, la pressatura a caldo, la sinterizzazione di ricristallizzazione, la pressatura isostatica a caldo e la sinterizzazione al plasma a scintilla. Tuttavia, le ceramiche al carburo di silicio presentano una bassa tenacità alla frattura, con conseguente maggiore fragilità. Pertanto, negli ultimi anni, sono emersi materiali ceramici compositi a base di carburo di silicio, come il rinforzo in fibra (o whisker), il rinforzo tramite dispersione di particelle eterogenee e i materiali funzionalmente gradienti, per migliorare la tenacità e la resistenza del singolo materiale.

3. Prospettive di applicazione e sviluppo della ceramica al carburo di silicio 

Come materiale ceramico strutturale ad alta temperatura con prestazioni eccellenti, la ceramica al carburo di silicio è stata sempre più utilizzata nei forni ad alta temperatura, nella metallurgia dell'acciaio, nella petrolchimica, nell'elettronica meccanica, nell'aerospaziale, nell'energia e nella protezione ambientale, nell'energia nucleare, nelle automobili e in altri campi. Pensiamo che utilizzare il metodo più possibile per fare il grande 

In futuro, con l'aumento del tasso di penetrazione dei veicoli a nuova energia, dell'energia, dell'industria, delle comunicazioni e di altri settori, e con l'aumento dei requisiti per componenti meccanici o elettronici ad alta precisione, elevata resistenza all'usura e alta affidabilità in vari settori, si prevede che le dimensioni del mercato dei prodotti ceramici in carburo di silicio continueranno ad espandersi, tra cui i veicoli a nuova energia e il fotovoltaico rappresentano importanti aree di sviluppo.