Carboneto de silício sinterizado

O carboneto de silício é um dos materiais cerâmicos mais duros, com uma resistência e condutividade térmica extremamente elevadas. Além disso, a sua resistência à oxidação e à corrosão torna-o adequado para ambientes de alta temperatura.

O SiC ligado por reação tem grãos grosseiros e baixa resistência à corrosão, enquanto o SiC sinterizado diretamente é mais denso e oferece um melhor desempenho a altas temperaturas. A sinterização sem pressão utiliza pó de SiC muito fino com aditivos de sinterização sem óxidos para produzir material denso com excelentes propriedades físicas.

Dureza

O carboneto de silício é um dos materiais abrasivos comuns mais duros, com uma classificação de 9,5 na escala de dureza de Mohs - próximo da classificação de 10 do diamante. Esta dureza confere-lhe uma excelente resistência ao desgaste, mesmo a temperaturas elevadas; os produtos químicos, sais, ácidos e álcalis não representam uma grande ameaça; a resistência ao choque térmico é boa; além disso, o seu peso é metade do peso do aço!

A sinterização em fase líquida oferece vantagens em relação a outros processos, incluindo baixas temperaturas de processamento e boa capacidade de moldagem. Além disso, a sua densidade total e propriedades mecânicas superiores tornam-no adequado para maquinação abrasiva, retificação e polimento, bem como para aplicações de corte, perfuração, gravação e fresagem.

O SiC sinterizado é amplamente utilizado para peças de equipamento de produção de semicondutores, lasers e aplicações estruturais de reactores de fusão devido à sua excecional estabilidade química, resistência à temperatura, baixa densidade, força, resistência ao desgaste e baixa energia de ativação. Estão disponíveis SiC ligados por reação e sinterizados diretamente; os tipos ligados por reação oferecem normalmente custos mais baixos com granulação mais grosseira para menor impacto e trabalho térmico, enquanto os tipos sinterizados diretamente oferecem uma resistência superior ao desgaste a temperaturas elevadas com granulação mais fina que oferece maior resistência ao desgaste a temperaturas elevadas. As qualidades ligadas por reação com granulometria mais grosseira são normalmente especificadas e utilizadas com maior frequência. Para uma maior dureza em condições de trabalho do que em aplicações de alta temperatura ou trabalho necessário do que os tipos sinterizados diretos utilizados devido a uma resistência superior ao desgaste a temperaturas elevadas, mais frequentemente especificados em comparação com a utilização, respetivamente, devido a uma resistência superior ao desgaste a temperaturas elevadas e a uma dureza preferida quando especificados do que a rejeição pode ser utilizada, são preferidos devido a uma resistência superior ao desgaste/dureza em trabalhos elevados, mais frequentemente especificados diretamente Os tipos sinterizados quando especificados com tipos sinterizados diretos podem necessitar de ambas as opções são especificados e a dureza fornecida é mais frequentemente utilizada.

Força

O carboneto de silício é um material cerâmico refratário extremamente forte com dureza superior, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão química - propriedades que o tornam um dos refractários mais versáteis do mundo e utilizado em várias aplicações industriais.

A sinterização por prensagem a quente é um dos principais métodos de produção de cerâmicas de SiC. Esta técnica utiliza pó de carboneto de silício extremamente fino misturado com aditivos de sinterização, que é compactado utilizando métodos tradicionais de moldagem de cerâmica, como a prensagem isostática, a prensagem sob pressão ou a injeção, para produzir estruturas densas constituídas por partículas minúsculas que proporcionam resistência.

A sinterização de SiC sem pressão em fase líquida (LPPSiC) é outra técnica de densificação do SiC. Aqui, o silício líquido ou a liga de silício é introduzido num corpo verde de partículas de a-SiC para formar b-SiC que reage e se liga às partículas de a-SiC existentes para as densificar e densificar o corpo como um todo.

O carboneto de silício sinterizado por reação tem uma excelente capacidade de moldagem de formas complexas, baixas temperaturas de processamento e níveis de pureza; as suas propriedades mecânicas, tais como a resistência à flexão, são inferiores às do carboneto de silício sinterizado normal; para aumentar esta propriedade é necessário controlar os tamanhos residuais de Si, controlando os tamanhos das partículas abaixo dos 100 nm - esta realização marca um grande sucesso na melhoria da resistência das cerâmicas de LSiC.

Resistência à corrosão

O carboneto de silício possui uma excelente resistência à corrosão e pode suportar temperaturas até 1.900degC, tornando-o adequado para aplicações em que os choques químicos e térmicos podem danificar os componentes.

A corrosão em cerâmicas ocorre como resultado da formação de uma camada de óxido nas suas superfícies, geralmente de sílica ou silicato, dependendo de factores como a exposição ambiental, impurezas, auxiliares de sinterização, fases de contorno de grão e reacções que ocorreram pouco depois. Este facto leva a grandes variações no comportamento de corrosão dos materiais de carboneto de silício e nitreto de silício.

Uma vez que as principais preocupações ao conceber materiais para utilização em ambientes corrosivos são a taxa de sobrevivência (medida como taxa de recessão em meio corrosivo) e a resistência mecânica (resistência ao anel C ou à flexão em quatro pontos), a corrosão aumenta as falhas superficiais que enfraquecem a sua resistência ao longo do tempo e diminuem a sua vida útil mecânica.

O carboneto de silício sinterizado é uma excelente escolha para utilização em ambientes agressivos devido à sua combinação de elevada força e resistência ao desgaste, baixa densidade específica e excelentes propriedades tribológicas. É frequentemente utilizado em componentes que têm de suportar cargas de impacto de cargas pesadas, como bocais de granalhagem ou rolamentos para rolamentos deslizantes; além disso, é amplamente utilizado em travões de carboneto de silício reforçado com fibra de carbono ou na produção de armaduras à prova de bala, uma vez que é resistente a tensões e temperaturas elevadas.

Durabilidade

O carboneto de silício sinterizado é um material cerâmico extremamente duro com propriedades superiores de resistência ao desgaste e de proteção contra a corrosão, o que o torna um excelente material abrasivo. Pode ser encontrado em mós, afiadores para processos de afiação, jactos de areia e cortadores de jato de água para aplicações de afiação ou de afiação, bem como em processos de corte por jato de água.

A resistência química deste material permite-lhe suportar uma exposição prolongada a ácidos inorgânicos comuns, sais e álcalis sem sofrer degradação. Para além disso, a sua durabilidade é aumentada através de ligações covalentes bem compactadas formadas por 4 átomos de silício e 4 átomos de carbono na sua formação de coordenações tetraédricas.

O SiC sinterizado é criado através da prensagem e sinterização (aquecimento) de partículas de sílica em pó. A sinterização permite que estas partículas individuais se fundam numa peça sólida com elevada dureza e resistência, que também é resistente à oxidação e à corrosão; além disso, tem maior durabilidade do que a maioria dos tipos de cerâmica.

O carboneto de silício ligado por reação, produzido através da infiltração de silício líquido em pré-formas porosas de grafite ou carbono, oferece uma resistência inferior à do carboneto de silício sinterizado, mas é mais adequado devido às baixas temperaturas de processamento, à boa moldabilidade e à maior pureza. O carboneto de silício sinterizado por reação comercial tem uma resistência à flexão à temperatura ambiente de cerca de 300 MPa.

O carboneto de silício sinterizado por reação com auxiliares de sinterização de boro ou carbono tem uma resistência à fluência extremamente elevada, conseguida através de modificações das energias de contorno de grão e das energias de superfície, bem como do aumento das taxas de difusão de volume para promover a densificação e a densificação. Isto permite que os grãos permaneçam em contacto cristalino direto sem formar estruturas de segunda fase nos limites dos grãos.