Carbeto de silício
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O Carbeto de silício (SiC, também chamado carborundum) é um composto químico de silício e carbono. É mais familiar como um composto sintético largamente usado como abrasivo, mas ocorre também na natureza na forma do mineral muito raro chamado moissanite. Grãos de carbeto de silício podem ser agregados por sinterização, formando uma cerâmica muito dura.
Carbeto de silício Alerta sobre risco à saúde | |
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Identificadores | |
Número CAS | 409-21-2 |
PubChem | 9863 |
Número RTECS | VW0450000 |
Propriedades | |
Fórmula molecular | SiC |
Massa molar | 40.097 g/mol |
Aparência | pó inodoro preto-verde |
Densidade | 3.22 g/cm³, sólido[1] 3.21 g/cm³[2] |
Ponto de fusão |
Decompõe-se >2300 °C[2] |
Solubilidade em água | insolúvel[2] |
Solubilidade | insolúvel em ácido |
Mobilidade | ~900 cm²/(V*s) (all polytypes) |
Índice de refracção (nD) | 2.55 (infrared; all polytypes)[3] |
Riscos associados | |
Classificação UE | não listado |
NFPA 704 | |
Frases R | - |
Frases S | - |
Compostos relacionados | |
Outros aniões/ânions | Nitreto de silício |
Outros catiões/cátions | Carbeto de alumínio |
Página de dados suplementares | |
Estrutura e propriedades | n, εr, etc. |
Dados termodinâmicos | Phase behaviour Solid, liquid, gas |
Dados espectrais | UV, IV, RMN, EM |
Exceto onde denotado, os dados referem-se a materiais sob condições normais de temperatura e pressão Referências e avisos gerais sobre esta caixa. Alerta sobre risco à saúde. |
O carbeto de silício (SiC) é um componente inorgânico formado a partir da ligação entre um átomo de silício e um átomo de carbono (12% de caráter iônico) [1] com coordenação tetraédrica e massa específica de 3,20 g/cm3.
Sua forma natural é conhecida como moissanita, mineral transparente extremamente raro, descoberto em 1905 por Henri Moissan em um meteoro no Arizona, EUA. O mineral encontrado na natureza não é utilizado na indústria, mas sim pelo mercado de jóias e é conhecido como pseudodiamante ou imitação de diamante.
Em 1824, Jöns Jacob Berzelius, cientista sueco, sugeriu pela primeira vez a existência da ligação entre átomos de silício e carbono. Entretanto, apenas em 1891, o primeiro processo de fabricação industrial do SiC foi desenvolvido. Tal avanço tecnológico foi realizado de forma acidental por Edward Goodrich Acheson, assistente de Thomas A. Edson, durante um experimento onde se buscava sintetizar diamante a partir de argila e carbono. Acheson acreditou que o produto de seu experimento era uma combinação do carbono (carbon) e da alumina (corundum) proveniente da argila, o que o levou a nomeá-lo carborundum. Anos depois se concluiu que esse composto sintetizado era na verdade a combinação de átomos de silício e carbono. O principal processo de produção industrial do SiC é até hoje o Processo Acheson, onde fontes de carbono e sílica são misturadas e levadas a altas temperaturas (próximas a 2600-3000 °C). Neste processo, dois eletrodos são conectados através de uma resistência, usualmente de grafite, envoltos por uma mistura de coque ou carvão (como fontes de carbono) e quartzo (como fonte de sílica). A mistura é aquecida eletricamente para a formação do SiC segundo a seguinte reação:
SiO2(s) + 3C(s) → SiC(s) + 2CO(g) (A)
O SiC é encontrado em duas estruturas principais: α-SiC e β-SiC. O ββ-SiC é uma estrutura cristalina transitória não estável a temperatura ambiente, podendo existir nessas condições de forma metaestável por meio de processos especiais em escala laboratorial. Sua formação ocorre em temperaturas inferiores a 2100 °C e sua estrutura cristalina é a cúbica de face centrada [2,3,4]. Esta forma de SiC é única, não apresentando politipos [2-5]. O α-SiC é a forma estável do carbeto de silício, apresentando célula unitária hexagonal ou romboédrica. Importante salientar que este material apresenta politipismo, fenômeno no qual fases termodinamicamente idênticas apresentam estruturas de empilhamento atômico diferentes [2-5]. São conhecidos aproximadamente 250 politipos de α-SiC, apresentando propriedades e características ligeiramente diferentes [1,5]. Desta maneira, o produto final (SiC beneficiado) é uma mistura de diversos politipos e uma combinação das propriedades e características de cada politipo.
O carbeto de silício é utilizado como uma fonte de silício e carbono em ligas ferrosas com baixos níveis de impurezas quando comparado a outras fontes de silício e carbono. Além do mais o carbeto de silício proporciona um aumento da nucleação em ferro fundido e consequentemente melhora a qualidade final do produto e também proporciona uma redução de custo no processo. Sendo assim o carbeto de silício torna-se uma boa alternativa como fonte de silício e carbono no processo produtivo ligas ferrosas.