Síntesis de whiskers de SiC asistida por microondas

Abstract

El carburo de silicio (SiC) es conocido comúnmente como carborundo y comomoissanita 1 debido al químico que lo sintetizó por primera vez.El SiC [1] tiene mejores propiedades que otros compuestos, lo que hace que sea un excelente material de refuerzo en compósitos de matriz metálica cuando este se agrega en forma de fibras [2][3][4][5][6][7][8]. La primera vez que se produjo fue en el año 1893, cuando fue patentado por Edward Archeson Goodrich [9,10]. Su principal aplicación era la de material abrasivo. En el siglo XX se empezó el uso en la electroluminiscencia, como semiconductor empleado en el primer diodo emisor de luz (LED) [11]. El premio Nobel de química 2010 fue entregado a los rusos Andréy Konstantinovich Gueim y Konstantine Sergueievisch Novoselov quienes partieron del SiC para descubrir el grafeno, forma alotrópica del carbono [12].Una de las características de los sólidos, en especial de los más frágiles, es que sus fibras son más resistentes que el material a escala mesocópica. La fenomenología radica en la * Autor principal: fjgarzamendez@gmail.com, tel. (81)8329-4000 ext. 6254, fax: 8376-2929. 1 Henri Moissan, químico francés, premio Nobel de química. mecánica de fractura linealmente elástica, de acuerdo a ésta, en la superficie de los materiales existen defectos o fallas que actúan como concentradores de esfuerzos; cuando se llega a un esfuerzo crítico, estas fallas crecen causando la ruptura del material [13,14]. Al disminuir el tamaño de partícula, especialmente el de las fibras, la probabilidad de tener fallas superficiales es menor, esto es, la cantidad de defectos superficiales decrece al disminuir el volumen de la partícula. La diferencia entre la resistencia a escala mesocópica y macroscópica es significativa: 1000 veces mayor; es decir, mientras los whiskers poseen una resistencia del orden de GPa, su contraparte mesoscópica posee una resistencia del orden de MPa [14].A pesar de su alta resistencia mecánica, los whiskers no se utilizan mucho como material de refuerzo por su toxicidad y por su alto costo de fabricación, esto se debe a que su obtención requiere de una inversión considerable de energía. Los principales materiales para la fabricación de whiskers de SiC son grafito y óxido de silicio.Se desarrolló un nuevo proceso para la síntesis de whiskers de SiC asistida por microondas, basada en la mezcla de xerogeles de sílice y grafito en polvo. Como fuente de energía se emplearon microondas de 2.45 GHz y 1.5 kW de potencia. La sílice mesoporosa se sintetizó vía sol-gel, los precursores usados para esta síntesis fueron TEOS/H 2 O y etanol. A través del análisis BET se determinó el valor de tamaño de poro promedio (3.0 nm) y el área superficial (1090 m2/g). Mediante difracción de rayos-x método de polvos se demostró que la sílice sintetizada es amorfa y que los polvos obtenidos en el microondas corresponden a β-SiC. Para determinar la morfología de los whiskers de SiC se analizó por MEB en el modo de electrones secundarios. El efecto de las microondas en la síntesis de whiskers de SiC se d...