Carburo di silicio legato alla reazione

Il carburo di silicio legato per reazione (RBSC) è un materiale ceramico eccezionalmente duro e forte, con una forza meccanica, una resistenza agli urti, una stabilità chimica e una formabilità superiori, che lo rendono adatto a diverse applicazioni.

L'RB-SiC offre una durezza inferiore rispetto al carburo di silicio sinterizzato, ma è più facile e meno costoso da produrre, pur vantando eccellenti proprietà di resistenza agli shock termici.

Proprietà fisiche

Il processo RMI utilizza particelle di a-SiC incorporate in una preforma di carbonio poroso (G0), prima di essere infiltrate con silicio liquido per ottenere carburo di silicio legato per reazione. Purtroppo, però, il silicio liquido può causare l'intasamento dei pori a causa del processo di infiltrazione e quindi in questo studio è stato utilizzato il carbonio multifase come antidoto contro questo problema e per migliorare le proprietà meccaniche di RB-SiC.

Il carbonio multifase era composto da nerofumo amorfo fine e carbonio microsferico grossolano. Quando viene infiltrato con silicio liquido, il carbonio microsferico viene consumato, mentre il carbonio amorfo può sfuggire ai pori per evitare che le reazioni di riempimento dei pori li intasino - quindi, quando si osservano i campioni P10F90, P20F80 e P30F70, il picco caratteristico non è presente, suggerendo che il carbonio multifase ha contribuito a evitare questo problema e a migliorare la resistenza alla flessione con l'aumento della temperatura di infiltrazione e del tempo di immersione.

Proprietà meccaniche

Il carburo di silicio RB viene prodotto infiltrando il silicio fuso in una preforma porosa di carbonio o grafite, dove reagisce con il carbonio per formare il SiC e creare un materiale ceramico eccezionale resistente all'usura, agli urti e alle sostanze chimiche, disponibile in varie forme e dimensioni che vanno dalle semplici forme a cono e a manicotto a parti ingegnerizzate più grandi per le industrie minerarie o di lavorazione.

La composizione di un precursore composito, in particolare il rapporto tra PF e FA, influenza la velocità di reazione tra carbonio e silicio liquido durante la pirolisi ad alta temperatura. Il carbonio multifase aumenta la penetrazione del silicio liquido attraverso i pori delle preforme porose; le fonti di carbonio graduate aiutano a controllare il contenuto di b-SiC e di Si libero.

La resistenza alla flessione e il modulo elastico del carburo di silicio RB possono essere aumentati in modo sostanziale attraverso un'attenta classificazione della fonte di carbonio, grazie all'eliminazione delle superfici lisce dei grani neri e bianchi che causano la frattura intergranulare durante la flessione.

Proprietà termiche

Le proprietà termiche delle ceramiche di carburo di silicio legate per reazione dipendono dal tipo e dalla proporzione di legame. Il carburo di silicio legato per reazione (RBSC), infiltrato con particelle di silicio metallico, viene infiltrato in preforme di carbonio o grafite che non si ritirano durante il processo; si possono così creare pezzi con dimensioni molto precise.

Dopo essere stato infiltrato con RBSC, viene sottoposto a nitrurazione ad alta temperatura. Ciò trasforma il silicio metallico in nitruro di SiC e riempie gli spazi dei pori rimanenti con materiale in rete di carburo di silicio. La XRD mostra che questa forma contiene diamante, a-SiC, b-SiC, Si e SiO2, mentre il SEM mostra strati di grafite e carbonio amorfo.

A causa dello strato di grafite presente, l'RBSC presenta valori di k più bassi rispetto al SiC sinterizzato, ma supera quelli dell'NSIC. Inoltre, ha superato in modo significativo le ceramiche a base di SiO2 in termini di resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature, resistenza agli shock termici e capacità di assorbimento degli shock termici.

Proprietà elettriche

Il carburo di silicio legato per reazione offre ottime proprietà elettriche, come una bassa resistenza specifica e un'elevata conducibilità termica. Queste caratteristiche lo rendono un materiale eccellente per gli elementi di riscaldamento elettrico. Inoltre, la sua inerzia chimica e la resistenza all'ossidazione lo rendono adatto alle termocoppie dei forni, alle punte dei bruciatori, ai mattoni di controllo e alle muffole dei forni; la sua superiore resistenza agli shock termici lo rende adatto anche come arredo dei forni.

Il SiC legato per reazione può essere creato attraverso il processo di miscelazione di miscele intime di sic e carbonio finemente suddivise con plastificante, quindi modellando e bruciando il plastificante prima di infiltrarlo con silicio liquido o gassoso. Questa reazione permette al silicio di legarsi al carbonio per produrre altro carburo di silicio, che reagisce poi con il carburo di silicio originale per formare un composito composto da a-SiC, b-SiC e Si residuo.

Al momento dell'infiltrazione, si sostiene che i granuli di a-SiC e di b-SiC formatisi durante la reazione si disperdono uniformemente nella preforma porosa senza formare grumi, probabilmente grazie al fatto che i canali capillari non vengono bloccati dalle particelle di b-SiC appena formate.