Carbeto de silício sinterizado

O carbeto de silício é um material cerâmico estrutural insubstituível devido à sua excepcional resistência a altas temperaturas e à oxidação, o que o torna indispensável nas áreas de produção mecânica, tecnologia aeroespacial e eletrônica da informação.

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

Resistência a altas temperaturas

O carbeto de silício é um material cerâmico extremamente duro e resistente, conhecido por suas propriedades superiores de resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste e resistência à oxidação química. Devido a essas características, o carbeto de silício é utilizado em diversas aplicações industriais, incluindo usinas nucleares, fornos, motores a jato, bicos de foguetes e fabricação de papel.

Uma maneira de melhorar as propriedades mecânicas de alta temperatura do carbeto de silício sinterizado é adicionar aditivos como alumínio, boro e carbono (SiC-ABC) que aumentam a resistência à fluência. Esses aditivos alteram as energias de contorno de grão e as energias de superfície e, ao mesmo tempo, aumentam as taxas de difusão de volume e desestimulam a formação de vidro nos contornos de grão.

Outra maneira de aumentar as propriedades mecânicas é com a sinterização sem pressão, que envolve a sinterização de compactos de pó de SiC sem a aplicação de pressão externa. A vantagem desse método está na eliminação das variações de densidade causadas pelos métodos tradicionais de sinterização por prensagem a quente, que resultam em alterações dimensionais significativas e na redução da qualidade do produto, além de criar densidades mais próximas dos valores teóricos do que nunca.

Resistência à corrosão em altas temperaturas

O carbeto de silício apresenta excelente resistência à corrosão química em uma ampla gama de ambientes de até 1700 graus Celsius, como oxigênio seco, vapores gasosos quentes e sais e metais líquidos, bem como sais fundidos e escórias de cinzas de carvão.

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

O material de carbeto de silício sinterizado em alta temperatura XICAR (comumente chamado de Hexoloy SE alternativo) provou ser altamente resistente à corrosão química em ambientes ácidos, como HCl e HNO3 concentrados, com espécimes tratados com Y2O3 apresentando maior resistência do que aqueles que usam o auxílio de sinterização de MgO.

O carbeto de silício sinterizado ligado por reação, comumente chamado de carbeto de silício autoligado, é produzido pela reação de um corpo cerâmico poroso contendo carbono com silício líquido. Essa mistura se infiltra no corpo cerâmico, reage com grafite para formar b-SiC e, em seguida, combina-se com partículas de a-SiC existentes para formar carbeto de silício sinterizado por reação de densidade total com vários formatos disponíveis por meio desse processo.

Alta resistência

O carbeto de silício é um dos materiais cerâmicos mais resistentes. Com resistência superior a altas temperaturas e resistência à oxidação, o carbeto de silício é uma excelente opção de material para uso em muitas aplicações industriais.

As cerâmicas de carbeto de silício normalmente podem ser fabricadas por meio de processos de fabricação sinterizados sem pressão ou ligados por reação, e a Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories oferece os dois tipos para atender a uma variedade de aplicações de uso final.

O carbeto de silício sinterizado sem pressão é produzido pela combinação de pó de SiC de partículas finas com auxiliares de sinterização sem óxido e pela sinterização a temperaturas superiores a 2.000 graus Celsius em uma atmosfera inerte, produzindo um 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 carbeto de silício (SiC), oferecendo vantagens como estruturas densas, temperaturas de processamento mais baixas, capacidade de modelagem, baixo custo e maior pureza. Infelizmente, porém, sua resistência à flexão fica muito aquém do SiC sinterizado padrão devido aos tamanhos residuais de carbono (Si) em sua microestrutura.

Alta tenacidade

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

O SSIC apresenta resistência quase constante em uma ampla faixa de temperatura e mantém sua tenacidade mesmo sob pressão intensa, o que o torna uma opção de material muito popular para componentes de bombas de alto desempenho e outras peças essenciais de equipamentos.

Os SSICs são produzidos usando técnicas convencionais de formação de cerâmica. Após serem moldados nos formatos desejados, os SSICs são sinterizados sob alta temperatura e pressão em uma 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 de contorno de grão da cerâmica de SiC, enquanto a fase líquida usa um ou mais elementos de óxidos eutéticos (como Y2O3) como agente, criando uma fase eletrolítica com movimento, difusão e transferência de massa entre as partículas de sílica para densificar a densidade do material.