ceramica al carburo di silicio

Le ceramiche strutturali, note anche come ceramiche ingegneristiche, sono una classe di ceramiche avanzate che esercitano principalmente gli effetti meccanici, termici, chimici e di altro tipo dei materiali. I ceramici strutturali hanno proprietà di resistenza alle alte temperature, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, resistenza all'ossidazione e basso creep alle alte temperature. Possono sopportare gli ambienti di lavoro difficili per i quali i materiali metallici e i materiali polimerici non sono adatti. Sono ampiamente utilizzati nei settori dell'aviazione, dei macchinari, dell'automobile, della metallurgia, dell'industria chimica, dell'elettronica e in altri campi, e sono diventati una classe di materiali ceramici che si sta sviluppando molto rapidamente.Le ceramiche strutturali comprendono principalmente ceramiche a base di ossidi, ceramiche a base di nitruri e ceramiche a base di carburo. Le ceramiche al carburo di silicio sono introdotte principalmente di seguito. Il carburo di silicio, comunemente noto come carborundum, è un tipico composto a legame covalente che quasi non esiste in natura. Nel 1890, quando Eword e G. Acheson volevano sintetizzare il diamante aggiungendo il silicio al carbonio come catalizzatore, prepararono il carburo di silicio. Oggi è ancora oggetto di studio e sviluppo.

Il carburo di silicio è stato inizialmente utilizzato per le sue prestazioni super dure, che possono essere preparate in varie mole, tele abrasive, carta abrasiva e vari abrasivi, ed è ampiamente utilizzato nell'industria della lavorazione meccanica. Durante la Seconda Guerra Mondiale, si scoprì che la ceramica di carburo di silicio poteva essere utilizzata anche come agente riducente e come elemento riscaldante nella produzione dell'acciaio, promuovendo così il suo rapido sviluppo. Con l'avanzare delle ricerche, si è scoperto che ha molte proprietà eccellenti, come la stabilità alle alte temperature, l'elevata conducibilità termica, la resistenza alla corrosione da acidi e alcali, il basso coefficiente di espansione e la buona resistenza agli shock termici.

Le forme cristalline del carburo di silicio sono principalmente due: cubica β- SIC4 ed esagonale α- SIC。 Le unità strutturali di base del reticolo del carburo di silicio sono i tetraedri SIC4 e CSI4 che si compenetrano a vicenda. I tetraedri condividono lo stesso bordo per formare uno strato piano e i vertici sono collegati con lo strato successivo di tetraedri per formare un meccanismo tridimensionale. Poiché diverse sequenze di impilamento dei tetraedri possono formare strutture diverse, finora sono state trovate centinaia di varianti. In genere, per rappresentare il tipo di reticolo si utilizzano simboli concisi e intuitivi, ovvero le lettere C, H, R, mentre per indicare la differenza si utilizza il numero di strati contenuti nella cella unitaria. Sebbene le costanti reticolari di questi polimorfi siano diverse, non vi è alcun cambiamento evidente nelle sostanze in essi contenute. Il carburo di silicio ceramico è un tipico composto di valenza, ma vi sono anche alcuni tipi ionici. Secondo i calcoli teorici, 78% dell'energia totale del legame SI-C appartiene allo stato covalente e 22% allo stato ionico. Grazie alle piccole dimensioni degli atomi di S e C, alla lunghezza del legame e alla forte covalenza, la ceramica di carburo di silicio presenta una serie di caratteristiche, come l'elevata durezza, una certa resistenza meccanica e la difficile sinterizzazione.

Il carburo di silicio è un tipico composto stabile legato a legami covalenti. Inoltre, il suo coefficiente di diffusione è basso, il che rende difficile la densificazione con i metodi di sinterizzazione convenzionali. È necessario aggiungere alcuni coadiuvanti di sinterizzazione per aumentare l'energia superficiale o l'area superficiale e adottare processi speciali per ottenere ceramiche dense di carburo di silicio. In base al processo di sinterizzazione, il carburo di silicio può essere suddiviso in ceramiche di carburo di silicio ricristallizzate, ceramiche di carburo di silicio sinterizzate per reazione, ceramiche di carburo di silicio sinterizzate senza pressione, ceramiche di carburo di silicio sinterizzate con pressatura a caldo, ceramiche di carburo di silicio sinterizzate con pressatura isostatica a caldo ad alta temperatura e carburo di silicio per deposizione chimica da vapore. Le proprietà del carburo di silicio preparato con i vari processi sono molto diverse, cioè il SIC preparato con lo stesso processo ha prestazioni scadenti a causa delle diverse materie prime e additivi.