Carboneto de silício ligado por reação

O carboneto de silício ligado por reação (RBSC) é um material cerâmico excecionalmente duro e forte com uma resistência mecânica superior, resistência ao impacto, estabilidade química e formabilidade, tornando-o adequado para várias aplicações.

O RB-SiC oferece uma dureza inferior em comparação com o carboneto de silício sinterizado, mas é mais fácil e menos dispendioso de fabricar, ao mesmo tempo que apresenta excelentes propriedades de resistência ao choque térmico.

Propriedades físicas

O processo RMI utiliza partículas de a-SiC incorporadas numa pré-forma de carbono poroso (G0), antes de serem infiltradas com silício líquido para obter carboneto de silício ligado por reação. Infelizmente, porém, o silício líquido pode causar a obstrução dos poros devido ao processo de infiltração, pelo que, neste estudo, foi utilizado carbono multifásico como antídoto contra este problema e para melhorar as propriedades mecânicas do RB-SiC.

O carbono multifásico era composto por negro de fumo amorfo fino e carbono microesférico grosseiro. Quando infiltrado com silício líquido, o carbono microesférico é consumido, enquanto o carbono amorfo pode escapar dos poros para evitar que as reacções de preenchimento dos poros os obstruam - assim, quando observado nos espécimes P10F90, P20F80 e P30F70, o pico caraterístico não estava presente, sugerindo que o carbono multifásico ajudou a evitar este problema e a melhorar a resistência à flexão à medida que a temperatura de infiltração e o tempo de imersão aumentavam.

Propriedades mecânicas

O carboneto de silício RB é produzido através da infiltração de silício fundido numa pré-forma porosa de carbono ou grafite, onde reage com o carbono para formar SiC e cria um material cerâmico extraordinário resistente ao desgaste, ao impacto e aos produtos químicos, que se apresenta em várias formas e tamanhos, desde formas simples de cones e mangas a peças de engenharia de maiores dimensões para as indústrias mineiras ou de transformação.

A composição de um precursor compósito, especialmente a sua proporção de PF para FA, influencia a taxa de reação entre o carbono e o silício líquido durante a pirólise a alta temperatura. O carbono multifásico aumenta a penetração do silício líquido através dos poros em pré-formas porosas; fontes de carbono graduadas ajudam a controlar o teor de b-SiC e de Si livre.

A resistência à flexão e o módulo de elasticidade do carboneto de silício RB podem ser substancialmente aumentados através de uma classificação cuidadosa da sua fonte de carbono, devido à eliminação das superfícies de grão preto e branco lisas que causam a fratura intergranular durante a flexão.

Propriedades térmicas

As propriedades térmicas das cerâmicas de carboneto de silício ligadas por reação dependem do seu tipo e proporção de ligação. O carboneto de silício ligado por reação (RBSC), infiltrado com partículas de silício metálico, infiltrado em pré-formas de carbono ou grafite que não encolhem durante este processo; podem assim ser criadas peças com dimensões muito precisas.

Depois de ser infiltrado com RBSC, é então sujeito a nitretação a altas temperaturas. Este processo transforma o silício metálico em nitreto de SiC e preenche os espaços porosos remanescentes com material de rede de carboneto de silício. O XRD mostra que esta forma contém diamante, a-SiC, b-SiC, Si e SiO2, enquanto o SEM mostra camadas de grafite, bem como carbono amorfo.

Devido à camada de grafite presente, a RBSC apresenta valores de k mais baixos do que o SiC sinterizado, mas supera os da NSIC. Para além disso, superou significativamente as cerâmicas à base de SiO2 em termos de resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, resistência ao choque térmico e capacidade de absorção do choque térmico.

Propriedades eléctricas

O carboneto de silício ligado por reação oferece excelentes propriedades eléctricas, tais como baixa resistência específica e elevada condutividade térmica. Estes atributos fazem dele uma excelente escolha de material para elementos de aquecimento elétrico. Além disso, a sua inércia química e resistência à oxidação tornam-no adequado para termopares de fornos, pontas de queimadores, tijolos de controlo e muflas em fornos; a sua resistência superior ao choque térmico também o torna adequado como mobiliário em fornos.

O SiC ligado por reação pode ser criado através do processo de mistura de misturas íntimas finamente divididas de sic e carbono com plastificante, depois moldar e queimar o plastificante antes de o infiltrar com silício líquido ou gasoso. Esta reação permite que o silício se ligue ao carbono para produzir mais carboneto de silício, que depois reage com o carboneto de silício original para formar um compósito constituído por a-SiC, b-SiC e Si residual.

No momento da infiltração, afirma-se que os grânulos de a-SiC e o b-SiC formados durante a reação estão uniformemente dispersos por toda a pré-forma porosa sem aglomeração, provavelmente devido ao facto de os canais capilares não serem bloqueados por partículas de b-SiC recém-formadas.