Sinterização de Cerâmicas de Carboneto de Silício
Cerâmica de carboneto de silício (SiC)
Carboneto de silício (SiC)cerâmicas ocupam uma posição significativa entre cerâmicas estruturais de alta temperatura devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica, alta dureza e excelente estabilidade térmica e química. Elas são amplamente utilizadas em campos como aeroespacial, energia nuclear, aplicações militares e semicondutores.
Devido à forte ligação covalente e ao baixo coeficiente de difusão do SiC, atingir a densificação completa das cerâmicas de SiC é desafiador. Para resolver isso, várias técnicas de sinterização para cerâmicas de SiC foram desenvolvidas, incluindo ligação por reação, sinterização sem pressão, prensagem a quente e sinterização por recristalização. Cada uma dessas técnicas tem vantagens únicas, resultando em cerâmicas de SiC com diferenças em microestrutura, propriedades e aplicações. Mas você consegue distinguir entre esses diferentes tipos de cerâmicas de carboneto de silício?
Cerâmicas de SiC sinterizadas sem pressão (SSiC)
A sinterização sem pressão de carboneto de silício envolve a densificação em altas temperaturas sem aplicar pressão externa, frequentemente sob gás inerte, adicionando auxiliares de sinterização apropriados. Essa técnica amadureceu, oferecendo baixos custos de produção e nenhuma limitação quanto ao formato ou tamanho dos produtos. Notavelmente, cerâmicas de SiC sinterizadas sem pressão produzidas por meio de sinterização em estado sólido apresentam alta densidade, microestrutura uniforme e excelentes propriedades abrangentes.
A sinterização sem pressão é ainda categorizada emsinterização de estado sólidoesinterização em fase líquida:
1、SiC sinterizado de estado sólido oferece densidade forte, alta pureza, alta condutividade térmica única e excelente resistência a altas temperaturas. É especialmente adequado para a fabricação de componentes cerâmicos grandes e de formato complexo.
2、A sinterização em fase líquida, desenvolvida pelo cientista americano Muua MA no início da década de 1990, usa Y₂O₃-Al₂O₃ como aditivos primários de sinterização. Este método permite temperaturas de sinterização mais baixas e produz cerâmicas com grãos mais finos.
Em aplicações, a sinterização sem pressão é direta, econômica e ideal para produção em massa de componentes cerâmicos de vários formatos. É amplamente usada em anéis de vedação resistentes ao desgaste e à corrosão, mancais deslizantes e muito mais. Além disso, devido à sua alta dureza, baixa densidade, excelente desempenho balístico e capacidade de absorver energia após a fratura, as cerâmicas de SiC sinterizadas sem pressão são amplamente aplicadas em blindagem balística, incluindo proteção de veículos e navios, bem como em cofres civis e veículos blindados de transporte de dinheiro.
Cerâmicas de SiC ligadas por reação (SiSiC)
O carbeto de silício ligado por reação é uma cerâmica estrutural atraente com excelentes propriedades mecânicas, como alta resistência, resistência à corrosão e resistência à oxidação. Ele também oferece as vantagens de baixa temperatura de sinterização, baixo custo e formação de formato quase líquido.
O processo de ligação de reação envolve a mistura de fontes de carbono com pós de SiC para preparar um corpo verde. Em altas temperaturas, o silício fundido infiltra o corpo poroso sob ação capilar, reagindo com a fonte de carbono interna para formar β-SiC, que se liga intimamente ao α-SiC original. Os poros residuais são preenchidos com silício líquido, alcançando a densificação. Este processo permite a formação de forma quase líquida, possibilitando a fabricação de produtos de formato complexo.
Aplicações de cerâmicas de SiC ligadas por reação incluem componentes de forno de alta temperatura, tubos radiantes, trocadores de calor e bicos de dessulfuração. Além disso, devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, alto módulo elástico e capacidade de formação de formato quase líquido, o SiC ligado por reação é um material ideal para espelhos espaciais. Com tamanhos de wafers crescentes e temperaturas de tratamento térmico mais altas, o SiC ligado por reação está gradualmente substituindo o vidro de quartzo.
Cerâmicas de SiC prensadas a quente (HP-SiC)
A prensagem a quente é um processo de sinterização que aplica simultaneamente alta temperatura e pressão. Pós de SiC secos são preenchidos em moldes de grafite de alta resistência e, sob aquecimento e pressão, a densificação e a modelagem ocorrem simultaneamente.
O processo simultâneo de aquecimento e prensagem promove o contato de partículas, difusão e transferência de massa no material, permitindo a produção de cerâmicas SiC de granulação fina e altamente densas com excelentes propriedades mecânicas em temperaturas mais baixas e tempos de sinterização mais curtos. Cerâmicas SiC prensadas a quente podem atingir densificação total, aproximando-se de condições de sinterização pura. As aplicações incluem principalmente componentes resistentes ao desgaste e da indústria nuclear.
Cerâmicas de SiC recristalizadas (R-SiC)
Cerâmicas de SiC recristalizadas são produzidas pela mistura de pós de SiC grossos e finos em proporções específicas, seguidos pela sinterização de corpos verdes em altas temperaturas sob uma atmosfera inerte. Durante esse processo, partículas finas evaporam em uma fase gasosa e condensam nos pontos de contato de partículas grossas, formando cerâmicas R-SiC. Esse método, que não requer aditivos de sinterização, é amplamente usado para a fabricação de componentes grandes de SiC de altíssima pureza.
O R-SiC, formado em altas temperaturas, tem dureza inferior apenas ao diamante e retém muitas propriedades superiores do SiC, como alta resistência em temperaturas elevadas, excelente resistência à corrosão, resistência à oxidação e resistência ao choque térmico. Como resultado, é ideal para componentes de fornos de alta temperatura, trocadores de calor e bicos de queimadores. Nos setores aeroespacial e militar, o SiC recristalizado é usado para fabricar componentes estruturais de aeronaves, como motores, aletas de cauda e fuselagens. Suas propriedades mecânicas superiores, resistência à corrosão e resistência ao impacto aumentam significativamente o desempenho e a vida útil dos veículos aeroespaciais.
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