Carburo di silicio sinterizzato

Il carburo di silicio è uno dei materiali ceramici più duri e vanta una resistenza e una conducibilità termica estremamente elevate. Inoltre, la sua resistenza all'ossidazione e alla corrosione lo rende adatto agli ambienti ad alta temperatura.

Il SiC legato per reazione ha grani grossolani e bassa resistenza alla corrosione, mentre il SiC sinterizzato direttamente è più denso e offre migliori prestazioni ad alta temperatura. La sinterizzazione senza pressione utilizza polvere di SiC molto fine con additivi di sinterizzazione non ossidati per produrre materiale denso con eccellenti proprietà fisiche.

Durezza

Il carburo di silicio è uno dei materiali abrasivi più duri in assoluto, con un valore di 9,5 sulla scala di durezza di Mohs, vicino al valore 10 del diamante. Questa durezza gli conferisce un'eccellente resistenza all'usura anche a temperature elevate; gli agenti chimici, i sali, gli acidi e gli alcali non costituiscono una minaccia; la resistenza agli shock termici è buona; inoltre il suo peso è la metà di quello dell'acciaio!

La sinterizzazione in fase liquida offre vantaggi rispetto ad altri processi, tra cui basse temperature di lavorazione e buona capacità di modellazione. Inoltre, la sua densità completa e le sue proprietà meccaniche superiori la rendono adatta alla lavorazione abrasiva, alla rettifica e alla lucidatura, nonché alle applicazioni di taglio, foratura, incisione e fresatura.

Il SiC sinterizzato è ampiamente utilizzato per le parti di apparecchiature per la produzione di semiconduttori, per i laser e per le applicazioni strutturali dei reattori a fusione, grazie alla sua eccezionale stabilità chimica, resistenza alla temperatura, bassa densità, forza, resistenza all'usura e bassa energia di attivazione. Sono disponibili sia gradi di SiC legati per reazione che sinterizzati direttamente; i gradi legati per reazione offrono in genere costi inferiori con una grana più grossolana per ridurre l'impatto e il lavoro termico, mentre i gradi sinterizzati direttamente offrono una resistenza all'usura superiore a temperature elevate con una grana più fine che offre una maggiore resistenza all'usura a temperature elevate. I gradi legati per reazione, con grana più grossolana e più fine, sono in genere più utilizzati. Per una maggiore durezza in condizioni di lavoro rispetto alle applicazioni ad alta temperatura o al lavoro richiesto rispetto ai tipi sinterizzati diretti utilizzati a causa della superiore resistenza all'usura a temperature elevate più comunemente specificati per l'uso, rispettivamente a causa di avere una resistenza all'usura superiore a temperature elevate sono desiderati e la durezza sono preferiti rispetto a quando specificato rispetto a entrambi Rifiuto potrebbe utilizzare sono preferiti a causa di avere una resistenza all'usura superiore / durezza a lavoro elevato lavoro più comunemente specificato direttamente Tipi sintetizzati quando specificato con gradi sinterizzati diretti può essere necessario entrambe le opzioni sono specificati e la durezza fornito più spesso utilizzato così.

La forza

Il carburo di silicio è un materiale ceramico refrattario estremamente robusto, con durezza superiore, resistenza alle alte temperature e alla corrosione chimica - proprietà che lo rendono uno dei refrattari più versatili al mondo e utilizzato in diverse applicazioni industriali.

La sinterizzazione per pressatura a caldo è uno dei principali metodi di produzione delle ceramiche SiC. Questa tecnica utilizza una polvere di carburo di silicio estremamente fine, mescolata con additivi per la sinterizzazione, che viene compattata con metodi tradizionali di formatura della ceramica, come la pressa isostatica, la pressa a stampo o l'iniezione, per produrre strutture dense composte da minuscole particelle che conferiscono resistenza.

La sinterizzazione senza pressione in fase liquida di SiC (LPPSiC) è un'altra tecnica di densificazione del SiC. In questo caso, il silicio liquido o la lega di silicio vengono introdotti in un corpo verde di particelle di a-SiC per formare b-SiC che reagisce e si lega alle particelle di a-SiC esistenti per densificarle e densificare il corpo nel suo complesso.

Il carburo di silicio sinterizzato per reazione ha un'eccellente capacità di modellare forme complesse, basse temperature di lavorazione e livelli di purezza; le sue proprietà meccaniche, come la resistenza alla flessione, sono inferiori rispetto al carburo di silicio sinterizzato normale; per aumentare questa proprietà è necessario controllare le dimensioni del Si residuo controllando le dimensioni delle particelle al di sotto dei 100 nm - questo risultato segna un grande successo nel miglioramento della resistenza delle ceramiche LSiC.

Resistenza alla corrosione

Il carburo di silicio vanta un'eccellente resistenza alla corrosione e può sopportare temperature fino a 1.900degC, rendendolo adatto ad applicazioni in cui gli shock chimici e termici possono danneggiare i componenti.

La corrosione nei materiali ceramici si verifica in seguito alla formazione di uno strato di ossido sulla loro superficie, solitamente di silice o di silicato, a seconda di fattori quali l'esposizione ambientale, le impurità, i coadiuvanti di sinterizzazione, le fasi di confine dei grani e le reazioni che si verificano subito dopo. Ciò comporta ampie variazioni nel comportamento alla corrosione dei materiali a base di carburo di silicio e nitruro di silicio.

Poiché le principali preoccupazioni nella progettazione di materiali da utilizzare in ambienti corrosivi sono il tasso di sopravvivenza (misurato come tasso di recessione nel mezzo corrosivo) e la resistenza meccanica (resistenza all'anello C o alla piegatura a quattro punti), la corrosione aumenta i difetti superficiali che indeboliscono la resistenza nel tempo e riducono la durata meccanica.

Il carburo di silicio sinterizzato è una scelta eccellente per l'impiego in ambienti difficili, grazie alla sua combinazione di elevata forza e resistenza all'usura, bassa densità specifica ed eccellenti proprietà tribologiche. Viene spesso utilizzato in componenti che devono resistere a carichi d'urto elevati, come gli ugelli di sabbiatura o i cuscinetti per cuscinetti radenti; inoltre, è ampiamente impiegato nei freni in carburo di silicio rinforzato con fibra di carbonio o nella produzione di armature antiproiettile, in quanto è resistente a sollecitazioni e temperature elevate.

Durata

Il carburo di silicio sinterizzato è un materiale ceramico estremamente duro con proprietà superiori di resistenza all'usura e di protezione dalla corrosione, che lo rendono un eccellente materiale abrasivo. Si trova nelle mole, negli affilati per i processi di levigatura, nelle sabbiatrici e nelle frese a getto d'acqua per le applicazioni di levigatura o di smerigliatura, nonché nei processi di taglio a getto d'acqua.

La resistenza chimica di questo materiale gli consente di sopportare l'esposizione prolungata ad acidi inorganici, sali e alcali comuni senza subire degradazioni. Inoltre, la sua durata è aumentata grazie ai legami covalenti stretti formati da 4 atomi di silicio e 4 atomi di carbonio nella formazione di coordinazioni tetraedriche.

Il SiC sinterizzato si ottiene pressando e sinterizzando (riscaldando) insieme particelle di polvere di silice. La sinterizzazione consente a queste singole particelle di fondersi insieme in un pezzo solido con elevata durezza e forza, resistente all'ossidazione e alla corrosione; inoltre, ha una durata maggiore rispetto alla maggior parte dei tipi di ceramica.

Il carburo di silicio legato per reazione, prodotto infiltrando silicio liquido in preforme porose di grafite o carbonio, offre una resistenza inferiore rispetto al carburo di silicio sinterizzato, ma è più adatto grazie alle basse temperature di lavorazione, alla buona modellabilità e alla maggiore purezza. Il carburo di silicio sinterizzato per reazione ha una resistenza alla flessione a temperatura ambiente di circa 300 MPa.

Il carburo di silicio sinterizzato per reazione con coadiuvanti di sinterizzazione al boro o al carbonio presenta una resistenza al creep estremamente elevata, ottenuta grazie alla modifica delle energie dei confini dei grani e delle energie superficiali, nonché all'aumento dei tassi di diffusione del volume per promuovere la densificazione e l'addensamento. Ciò consente ai grani di rimanere in diretto contatto cristallino senza formare strutture di seconda fase ai confini dei grani.