Carboneto de silício sinterizado

O carboneto de silício é um material cerâmico estrutural insubstituível devido à sua excecional resistência a altas temperaturas e à oxidação, o que o torna indispensável nos domínios da produção mecânica, da tecnologia aeroespacial e da eletrónica da informação.

A sinterização por reação oferece temperaturas baixas e tempos de sinterização curtos, produzindo formas próximas do tamanho líquido, mas é limitada por uma distribuição desigual da densidade, fissuração dos produtos sinterizados e penetração insuficiente de silício durante os processos de sinterização.

Resistência a altas temperaturas

O carboneto de silício é um material cerâmico extremamente duro e resistente, conhecido pelas suas propriedades superiores de resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e resistência à oxidação química. Devido a estas caraterísticas, o carboneto de silício é utilizado em inúmeras aplicações industriais, incluindo centrais nucleares, fornos, motores a jato, bocais de foguetões e fabrico de papel.

Uma forma de melhorar as propriedades mecânicas a alta temperatura do carboneto de silício sinterizado é através da adição de aditivos como o alumínio, o boro e o carbono (SiC-ABC) que aumentam a resistência à fluência. Estes aditivos alteram as energias de fronteira de grão e as energias de superfície, aumentando simultaneamente as taxas de difusão de volume e desencorajando a formação de vidro nas fronteiras de grão.

Outra forma de aumentar as propriedades mecânicas é através da sinterização sem pressão, que envolve a sinterização de compactos de pó de SiC sem a aplicação de pressão externa. A vantagem deste método reside no facto de eliminar as variações de densidade causadas pelos métodos tradicionais de sinterização por pressão a quente, que resultam em alterações dimensionais significativas e na redução da qualidade do produto - também cria densidades mais próximas dos valores teóricos do que nunca.

Resistência à corrosão a altas temperaturas

O carboneto de silício apresenta uma excelente resistência à corrosão química numa vasta gama de ambientes até 1700 ºC, tais como oxigénio seco, vapores gasosos quentes e sais e metais líquidos, bem como sais fundidos e escórias de cinzas de carvão.

O carboneto de silício sinterizado oferece uma excelente resistência à corrosão devido à sua estrutura e qualidade de superfície. Este material apresenta uma forte resistência à erosão (deslizamento), resistência mecânica, choque térmico e desgaste.

O material de carboneto de silício sinterizado a alta temperatura XICAR (geralmente referido como alternativa Hexoloy SE) provou ser altamente resistente à corrosão química em ambientes ácidos, como HCl e HNO3 concentrados, com espécimes tratados com Y2O3 com maior resistência do que os que utilizam o auxiliar de sinterização MgO.

O carboneto de silício sinterizado por reação, normalmente designado por carboneto de silício autoadesivo, é produzido através da reação de um corpo cerâmico poroso contendo carbono com silício líquido. Esta mistura infiltra-se no corpo cerâmico, reage com a grafite para formar b-SiC e depois combina-se com as partículas de a-SiC existentes para formar carboneto de silício sinterizado por reação de densidade total com várias formas disponíveis através deste processo.

Alta resistência

O carboneto de silício é um dos materiais cerâmicos mais fortes. Com uma resistência superior a altas temperaturas e resistência à oxidação, o carboneto de silício é uma excelente escolha de material para utilização em muitas aplicações industriais.

As cerâmicas de carboneto de silício podem ser normalmente fabricadas através de processos de fabrico sinterizados sem pressão ou ligados por reação, e a Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories oferece ambos os tipos para satisfazer uma gama de aplicações de utilização final.

O carboneto de silício sinterizado sem pressão é produzido combinando partículas finas de pó de SiC com auxiliares de sinterização sem óxido e sinterizando-o a temperaturas superiores a 2000degC numa atmosfera inerte, produzindo material de alta densidade com resistência superior à oxidação, resistência à corrosão e propriedades mecânicas.

A sinterização por reação é um processo emergente para a produção de cerâmicas de carboneto de silício (SiC), oferecendo vantagens como estruturas densas, temperaturas de processamento mais baixas, capacidade de moldagem, baixo custo e maior pureza. Infelizmente, no entanto, a sua resistência à flexão fica muito aquém do SiC sinterizado padrão devido aos tamanhos residuais de carbono (Si) na sua microestrutura.

Elevada tenacidade

As cerâmicas de carboneto de silício sinterizado estão entre os materiais cerâmicos mais duros e resistentes, mantendo-se fortes a temperaturas extremamente elevadas - o que as torna uma excelente escolha para aplicações em que a resistência a altas temperaturas é fundamental.

O SSIC apresenta uma resistência quase constante numa vasta gama de temperaturas e mantém a sua dureza mesmo sob pressão intensa, o que o torna uma escolha de material muito popular para componentes de bombas de elevado desempenho e outras peças de equipamento essenciais.

Os SSIC são produzidos utilizando técnicas convencionais de moldagem de cerâmica. Depois de serem moldados nas formas desejadas, os SSIC são sinterizados a alta temperatura e pressão numa atmosfera de gás inerte.

A sinterização pode ser dividida em duas fases distintas, sinterização em fase sólida e sinterização em fase líquida. A sinterização em fase sólida requer a adição de C e B como auxiliares de sinterização para diminuir a energia dos limites de grão das cerâmicas de SiC, enquanto a fase líquida utiliza um ou mais óxidos eutécticos de elementos (como o Y2O3) como agente, criando uma fase electrolítica com movimento, difusão e transferência de massa entre partículas de sílica para densificar a densidade do material.