Carburo de silicio sinterizado

El carburo de silicio es uno de los materiales cerámicos más duros, con una resistencia y conductividad térmica extremadamente altas. Además, su resistencia a la oxidación y la corrosión lo hace adecuado para entornos de altas temperaturas.

El SiC aglomerado por reacción tiene granos gruesos y baja resistencia a la corrosión, mientras que el SiC sinterizado directamente es más denso y ofrece un mejor rendimiento a alta temperatura. El sinterizado sin presión utiliza polvo de SiC muy fino con aditivos de sinterización sin óxido para producir material denso con excelentes propiedades físicas.

Dureza

El carburo de silicio es uno de los materiales abrasivos comunes más duros, con una dureza de 9,5 en la escala de Mohs, cercana al 10 del diamante. Esta dureza le confiere una excelente resistencia al desgaste incluso a temperaturas elevadas; los productos químicos, las sales, los ácidos y los álcalis no suponen una gran amenaza; la resistencia al choque térmico es buena y, además, pesa la mitad que el acero.

La sinterización en fase líquida ofrece ventajas sobre otros procesos, como las bajas temperaturas de procesamiento y la buena capacidad de conformado. Además, su densidad total y sus propiedades mecánicas superiores lo hacen adecuado para el mecanizado abrasivo, el esmerilado y el pulido, así como para aplicaciones de corte, taladrado, grabado y fresado.

El SiC sinterizado se utiliza ampliamente para piezas de equipos de producción de semiconductores, láseres y aplicaciones estructurales de reactores de fusión debido a su excepcional estabilidad química, resistencia a la temperatura, baja densidad, fuerza, resistencia al desgaste y baja energía de activación. Los grados de SiC aglomerados por reacción y sinterizados directamente están disponibles; los grados aglomerados por reacción suelen ofrecer costes más bajos con un granulado más grueso para un menor impacto y trabajo térmico, mientras que los grados sinterizados directamente ofrecen una mayor resistencia al desgaste a temperaturas elevadas con un granulado más fino que ofrece una mayor resistencia al desgaste a temperaturas elevadas. Las calidades aglomeradas por reacción tienen un grano más grueso y se utilizan con más frecuencia. Para una mayor dureza en condiciones de trabajo que las aplicaciones de alta temperatura o el trabajo requerido que los tipos Sinterizado directo utilizados debido a la resistencia superior al desgaste a temperaturas elevadas más comúnmente especificados en comparación para su uso, respectivamente, debido a tener una resistencia superior al desgaste a temperaturas elevadas son deseados y la dureza se prefieren sobre cuando se especifica que cualquiera de Rechazo podría utilizar son preferidos debido a tener una resistencia superior al desgaste / dureza en el trabajo trabajo elevado más comúnmente especificados directamente Sinterizado tipos cuando se especifica con grados sinterizados directos pueden necesitar ambas opciones se especifican y la dureza proporcionada más a menudo utilizados así.

Fuerza

El carburo de silicio es un material cerámico refractario extremadamente fuerte con una dureza superior, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión química, propiedades que lo convierten en uno de los refractarios más versátiles del mundo y que se utiliza en diversas aplicaciones industriales.

La sinterización por prensado en caliente es uno de los principales métodos de producción de cerámica de carburo de silicio. Esta técnica utiliza polvo de carburo de silicio extremadamente fino mezclado con aditivos de sinterización que se compacta mediante métodos tradicionales de conformado de cerámica, como la prensa isostática, el prensado a presión o la inyección, para producir estructuras densas formadas por partículas diminutas que aportan resistencia.

La sinterización sin presión en fase líquida del SiC (LPPSiC) es otra técnica de densificación del SiC. En este caso, se introduce silicio líquido o una aleación de silicio en un cuerpo verde de partículas de a-SiC para formar b-SiC, que reacciona y se une a las partículas de a-SiC existentes para densificarlas y densificar el cuerpo en su conjunto.

El carburo de silicio sinterizado por reacción tiene una excelente capacidad de conformado para formas complejas, bajas temperaturas de procesamiento y niveles de pureza; sus propiedades mecánicas, como la resistencia a la flexión, son inferiores a las del carburo de silicio sinterizado normal; para aumentar esta propiedad es necesario controlar los tamaños de Si residual controlando los tamaños de las partículas por debajo de 100 nm; este logro supone un gran éxito en la mejora de la resistencia de las cerámicas LSiC.

Resistencia a la corrosión

El carburo de silicio presenta una excelente resistencia a la corrosión y puede soportar temperaturas de hasta 1.900 ºC, por lo que es adecuado para aplicaciones en las que los choques químicos y térmicos pueden dañar los componentes.

La corrosión en los materiales cerámicos se produce como resultado de la formación de una capa de óxido en sus superficies, normalmente sílice o silicato, dependiendo de factores como la exposición ambiental, las impurezas, los auxiliares de sinterización, las fases de límite de grano y las reacciones que se produjeron poco después. Esto da lugar a grandes variaciones en el comportamiento frente a la corrosión de los materiales de carburo y nitruro de silicio.

Dado que las principales preocupaciones a la hora de diseñar materiales para su uso en entornos corrosivos son el índice de supervivencia (medido como índice de recesión en medio corrosivo) y la resistencia mecánica (resistencia al anillo C o a la flexión en cuatro puntos), la corrosión aumenta los defectos superficiales que debilitan su resistencia con el tiempo y disminuyen su vida útil mecánica.

El carburo de silicio sinterizado es una opción excelente para su uso en entornos difíciles debido a su combinación de alta resistencia y resistencia al desgaste, baja densidad específica y excelentes propiedades tribológicas. Suele emplearse en componentes que deben soportar cargas de impacto de cargas pesadas, como boquillas de chorreado o cojinetes para rodamientos deslizantes; además, se emplea mucho en frenos de carburo de silicio reforzado con fibra de carbono o en la fabricación de blindajes antibalas, ya que es resistente a tensiones y temperaturas elevadas.

Durabilidad

El carburo de silicio sinterizado es un material cerámico extremadamente duro con propiedades superiores de resistencia al desgaste y protección contra la corrosión, lo que lo convierte en un excelente material abrasivo. Puede encontrarse en muelas abrasivas, piedras de afilar para procesos de bruñido, arenadoras y cortadoras de chorro de agua para aplicaciones de rectificado o bruñido, así como en procesos de corte por chorro de agua.

La resistencia química de este material le permite soportar una exposición prolongada a ácidos, sales y álcalis inorgánicos comunes sin experimentar degradación. Además, su durabilidad aumenta gracias a los enlaces covalentes estrechamente empaquetados que se forman a partir de 4 átomos de silicio y 4 de carbono en su formación de coordenadas tetraédricas.

El SiC sinterizado se crea prensando y sinterizando (calentando) partículas de polvo de sílice. La sinterización permite que estas partículas individuales se fusionen en una pieza sólida de gran dureza y resistencia que también es resistente a la oxidación y la corrosión; además, tiene mayor durabilidad que la mayoría de los tipos de cerámica.

El carburo de silicio sinterizado por reacción, producido mediante la infiltración de silicio líquido en preformas porosas de grafito o carbono, ofrece menor resistencia que el carburo de silicio sinterizado, pero es más adecuado debido a las bajas temperaturas de procesamiento, la buena moldeabilidad y la mayor pureza. El carburo de silicio sinterizado por reacción comercial tiene una resistencia a la flexión a temperatura ambiente de unos 300 MPa.

El carburo de silicio sinterizado por reacción con auxiliares de sinterización de boro o carbono tiene una resistencia a la fluencia extremadamente alta, que se consigue mediante modificaciones de las energías de los límites de grano y de las energías superficiales, así como mediante el aumento de las tasas de difusión de volumen para promover la densificación y la densificación. Esto permite que los granos permanezcan en contacto cristalino directo sin formar estructuras de segunda fase en los límites de grano.