Carburo di silicio sinterizzato

Il carburo di silicio è un materiale ceramico strutturale insostituibile grazie alla sua eccezionale resistenza alle alte temperature e all'ossidazione, che lo rende indispensabile nei settori della produzione meccanica, della tecnologia aerospaziale e dell'elettronica dell'informazione.

La sinterizzazione per reazione offre basse temperature e tempi di sinterizzazione brevi, producendo forme di dimensioni quasi nette, ma è limitata da una distribuzione non uniforme della densità, dalla formazione di cricche nei prodotti sinterizzati e da una penetrazione insufficiente del silicio durante i processi di sinterizzazione.

Resistenza alle alte temperature

Il carburo di silicio è un materiale ceramico estremamente duro e resistente, rinomato per le sue proprietà superiori di resistenza alle alte temperature, all'usura e all'ossidazione chimica. Grazie a queste caratteristiche, il carburo di silicio trova impiego in numerose applicazioni industriali, tra cui centrali nucleari, forni, motori a reazione, ugelli per razzi e produzione di carta.

Un modo per migliorare le proprietà meccaniche ad alta temperatura del carburo di silicio sinterizzato è l'aggiunta di additivi come alluminio, boro e carbonio (SiC-ABC) che aumentano la resistenza allo scorrimento. Questi additivi alterano le energie dei confini dei grani e le energie superficiali, aumentando la velocità di diffusione del volume e scoraggiando la formazione di vetro ai confini dei grani.

Un altro modo per aumentare le proprietà meccaniche è la sinterizzazione senza pressione, che prevede la sinterizzazione di compatti di polvere di SiC senza l'applicazione di una pressione esterna. Il vantaggio di questo metodo risiede nell'eliminazione delle variazioni di densità causate dai tradizionali metodi di sinterizzazione con pressatura a caldo, che comportano significative variazioni dimensionali e una minore qualità del prodotto, oltre a creare densità più vicine ai valori teorici rispetto al passato.

Resistenza alla corrosione ad alta temperatura

Il carburo di silicio presenta un'eccellente resistenza alla corrosione chimica in un'ampia gamma di ambienti fino a 1700 gradi centigradi, come l'ossigeno secco, i vapori gassosi caldi, i sali liquidi e i metalli, nonché i sali fusi e le scorie di cenere di carbone.

Il carburo di silicio sinterizzato offre un'eccellente resistenza alla corrosione grazie alla sua struttura e qualità superficiale. Questo materiale vanta una forte resistenza all'erosione (scorrimento), alla forza meccanica, agli shock termici e all'usura.

Il materiale in carburo di silicio sinterizzato ad alta temperatura XICAR (comunemente chiamato Hexoloy SE alternativo) si è dimostrato altamente resistente alla corrosione chimica in ambienti acidi come l'HCl concentrato e l'HNO3, con campioni trattati con Y2O3 che presentano una resistenza superiore rispetto a quelli che utilizzano il supporto di sinterizzazione MgO.

Il carburo di silicio sinterizzato per reazione, comunemente chiamato carburo di silicio auto-legante, viene prodotto facendo reagire un corpo ceramico poroso contenente carbonio con silicio liquido. Questa miscela si infiltra nel corpo ceramico, reagisce con la grafite per formare b-SiC e poi si combina con le particelle di a-SiC esistenti per formare carburo di silicio sinterizzato per reazione a densità piena con varie forme disponibili attraverso questo processo.

Alta resistenza

Il carburo di silicio è uno dei materiali ceramici più resistenti. Vantando una forza superiore alle alte temperature e una resistenza all'ossidazione, il carburo di silicio è un materiale eccellente da utilizzare in molte applicazioni industriali.

Le ceramiche di carburo di silicio possono essere prodotte sia con processi di sinterizzazione senza pressione che con processi di incollaggio per reazione e Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories offre entrambi i tipi per soddisfare una serie di applicazioni finali.

Il carburo di silicio sinterizzato senza pressione viene prodotto combinando la polvere di SiC a particelle fini con coadiuvanti di sinterizzazione non ossidati e sinterizzandola a temperature superiori a 2000degC in atmosfera inerte, producendo un materiale ad alta densità con resistenza all'ossidazione, alla corrosione e proprietà meccaniche superiori.

La sinterizzazione per reazione è un processo emergente per la produzione di ceramiche in carburo di silicio (SiC), che offre vantaggi quali strutture dense, temperature di lavorazione più basse, capacità di forma, basso costo e maggiore purezza. Purtroppo, però, la sua resistenza alla flessione è molto inferiore a quella del SiC sinterizzato standard, a causa delle dimensioni del carbonio residuo (Si) nella sua microstruttura.

Elevata resistenza

Le ceramiche in carburo di silicio sinterizzato sono tra i materiali ceramici più duri e resistenti, pur rimanendo forti a temperature estremamente elevate, il che le rende una scelta eccellente per le applicazioni in cui la resistenza alle alte temperature è fondamentale.

L'SSIC presenta una resistenza pressoché costante in un'ampia gamma di temperature e mantiene la sua tenacità anche in presenza di pressioni intense, il che lo rende un materiale molto apprezzato per i componenti di pompe ad alte prestazioni e altre parti di apparecchiature essenziali.

Gli SSIC sono prodotti con tecniche convenzionali di formatura della ceramica. Dopo essere stati formati nelle forme desiderate, gli SSIC vengono sinterizzati ad alta temperatura e pressione in un'atmosfera di gas inerte.

La sinterizzazione può essere suddivisa in due fasi distinte, la sinterizzazione in fase solida e quella in fase liquida. La sinterizzazione in fase solida richiede l'aggiunta di C e B come coadiuvanti di sinterizzazione per diminuire l'energia dei bordi dei grani della ceramica SiC, mentre la fase liquida utilizza uno o più ossidi eutettici (come Y2O3) come agente, creando una fase elettrolitica con movimento, diffusione e trasferimento di massa tra le particelle di silice per densificare la densità del materiale.