Carbeto de silício ligado por reação

O carbeto de silício ligado por reação (RBSC) é um material cerâmico excepcionalmente duro e forte, com resistência mecânica superior, resistência ao impacto, estabilidade química e conformabilidade, o que o torna adequado para várias aplicações.

O RB-SiC oferece menor dureza em comparação com o carbeto de silício sinterizado, mas é mais fácil e menos dispendioso de fabricar, além de apresentar excelentes propriedades de resistência a choques térmicos.

Propriedades físicas

O processo RMI utiliza partículas de a-SiC incorporadas em uma pré-forma de carbono poroso (G0), antes de serem infiltradas com silício líquido para obter carbeto de silício ligado por reação. Infelizmente, porém, o silício líquido pode causar o entupimento dos poros devido ao processo de infiltração e, portanto, neste estudo, o carbono multifásico foi usado como antídoto contra esse problema e para aprimorar as propriedades mecânicas do RB-SiC.

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

Propriedades mecânicas

O carbeto de silício RB é produzido por meio da infiltração de silício fundido em uma pré-forma porosa de carbono ou grafite, onde reage com o carbono para formar SiC e criar um material cerâmico excepcional resistente a desgaste, impacto e produtos químicos, que vem em vários formatos e tamanhos, desde formas simples de cone e luva até peças de engenharia maiores para os setores de mineração ou processamento.

A composição de um precursor composto, especialmente sua proporção de PF para FA, influencia a taxa de reação entre o carbono e o silício líquido durante a pirólise em 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 conteúdo de b-SiC e Si livre.

A resistência à flexão e o módulo de elasticidade do carbeto de silício RB podem ser substancialmente aumentados por meio da classificação cuidadosa de sua fonte de carbono, devido à eliminação das superfícies lisas de grãos de blocos pretos e brancos que causam fratura intergranular durante a flexão.

Propriedades térmicas

As propriedades térmicas das cerâmicas de carbeto de silício ligadas por reação dependem de seu tipo e da proporção de ligação. O carbeto de silício ligado por reação (RBSC), infiltrado com partículas de silício metálico, infiltrado em pré-formas de carbono ou grafite que não encolhem durante esse processo; assim, é possível criar peças com dimensões muito precisas.

Depois de ser infiltrado com RBSC, ele é submetido à nitretação a altas temperaturas. Isso transforma o silício metálico em nitreto de SiC e preenche todos os espaços de poros restantes com material de rede de carbeto de silício. O XRD mostra que essa forma contém diamante, a-SiC, b-SiC, Si e SiO2, enquanto o SEM mostra camadas de grafite e 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. Além disso, ela superou significativamente as cerâmicas à base de SiO2 em termos de resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas, resistência a choques térmicos e capacidade de absorção de choques térmicos.

Propriedades elétricas

O carbeto de silício ligado por reação oferece excelentes propriedades elétricas, como baixa resistência específica e alta condutividade térmica. Esses atributos o tornam uma excelente opção de material para elementos de aquecimento elétrico. Além disso, sua inércia química e resistência à oxidação o tornam adequado para termopares de fornos, pontas de queimadores, tijolos verificadores e muflas em fornos; sua resistência superior a choques térmicos também o torna adequado como mobília em fornos.

O SiC ligado por reação pode ser criado por meio do processo de mistura de misturas íntimas finamente divididas de silício e carbono com plastificante e, em seguida, moldar e queimar o plastificante antes de infiltrá-lo com silício líquido ou gasoso. Essa reação permite que o silício se ligue ao carbono para produzir mais carbeto de silício, que então reage com o carbeto de silício original para formar um composto que consiste em 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 em toda a pré-forma porosa sem aglomeração, o que provavelmente é atribuído ao fato de os canais capilares não serem bloqueados pelas partículas de b-SiC recém-formadas.