Introducción
El carburo de silicio es uno de los materiales cerámicos avanzados más utilizados en la actualidad. Su impresionante dureza y alta conductividad térmica son algunas de las propiedades destacadas que han impulsado una mayor demanda y producción de estos materiales de SiC. Gracias a la tecnología actual, es posible producir carburo de silicio industrialmente mediante la sinterización sin presión de polvo de SiC o mediante un proceso de unión por reacción. El artículo de hoy ofrece una visión general de los materiales de carburo de silicio sinterizado sin presión, sus propiedades, aplicaciones y su comparación con el carburo de silicio y otros materiales. También aprenderá en qué se diferencia la sinterización por reacción de los métodos de sinterización sin presión para la producción de SiC. Por último, analizará las tendencias actuales del mercado del carburo de silicio sinterizado sin presión.
Carburo de silicio sinterizado
El carburo de silicio sinterizado (SSIC) es un tipo de material de carburo de silicio que se obtiene mediante la sinterización de polvo fino de carburo de silicio altamente purificado para formar un material cerámico sólido. Esto se puede lograr industrialmente a altas temperaturas y presiones. Los materiales SSIC presentan gran resistencia a la compresión y dureza, alta conductividad térmica y una alta resistencia a los productos químicos y a la oxidación. Las aplicaciones que exigen alta precisión dimensional, altas temperaturas y estabilidad térmica se benefician del uso de estos materiales SSIC. El carburo de silicio sinterizado sin presión y el carburo de silicio sinterizado por reacción son las principales variantes de los materiales SSIC.
¿Qué es el carburo de silicio sinterizado sin presión?
Carburo de silicio sinterizado sin presión Es un grado de material de SiC sinterizado producido mediante la sinterización de polvo de carburo de silicio ultrafino de alta pureza en atmósfera de vacío, a presión atmosférica y a altas temperaturas de entre 1980 °C y 2200 °C. Como su nombre indica, no se requiere presión externa para producir estos materiales. En ocasiones, durante el prensado, se pueden utilizar aditivos de sinterización como alúmina (Al₂O₃) y carburo de boro (B₄C) para fundir el polvo de SiC en materiales cerámicos sólidos con alta estabilidad térmica. La sinterización sin presión produce una masa muy densa en los materiales cerámicos, ya que durante la producción, la densidad se incrementa por encima de 951 TP₃T de la densidad teórica.
Propiedades del carburo de silicio sinterizado sin presión
Estas son algunas de las propiedades únicas de los materiales de SiC sinterizado sin presión:
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Tiene alta dureza.
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Un punto de fusión alto de 3103 K
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Densidad de 3,21 g/cm³
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Alta resistencia a la corrosión y sustancias químicas.
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Alta conductividad térmica de más de 200 Wm-1k-1
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Un gran módulo elástico que alcanza los 410 GPa
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La capacidad de soportar altas temperaturas que alcanzan los 1.600 °C.
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Alta resistencia a la compresión de aproximadamente 3000 MPa.
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Valor de pureza de SiC de 99%
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Una porosidad de menos de 0,2%
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Dureza Vickers de 2.500HVO.5
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Coeficiente de expansión térmica de 4×10-6i°C
Comparación entre la sinterización por reacción y la sinterización sin presión de carburo de silicio
Existen dos métodos principales para producir materiales de carburo de silicio sinterizado industrialmente: la sinterización por reacción y la sinterización sin presión.
Sinterización por reacción de carburo de silicio
Este tipo de material SSIC se puede producir mezclando grafito y partículas finas de alfa-SiC en una cantidad predeterminada. Calentar a 1650 °C. Las altas temperaturas hacen que el alfa-SiC reaccione con el carbono del cuerpo de grafito, formando beta-SiC. Posteriormente, el silicio se infiltra completamente y los poros restantes se rellenan para obtener un material SSIC sinterizado por reacción. Este proceso es más rápido y económico en comparación con los materiales SSIC sin presión. temperaturas de sinterización Es todo lo que se necesita para producir estos materiales de SSIC de reacción. Si bien el proceso de sinterización de reacción es eficaz para fabricar materiales de gran tamaño, los materiales producidos no suelen tener una densidad uniforme. Algunos incluso se agrietan tras la producción final. Además, el proceso de sinterización de reacción no es respetuoso con el medio ambiente. Debido a la gran porosidad de estos materiales, la permeabilidad de gases y líquidos es mayor que la del SSIC sinterizado sin presión.
Sinterización sin presión de carburo de silicio
Se pueden fabricar materiales SSIC mediante sinterización sin presión, que implica calentar polvos de SiC ultrafinos de alta pureza para convertirlos en sólidos. materiales cerámicos. Esto se puede hacer de dos maneras: sinterización en fase sólida y sinterización en fase líquida:
Sinterización en fase sólida
En este tipo de sinterización, se utilizan dos soluciones sólidas, denominadas aditivos: boro y carbono. El boro se utiliza para reducir la energía de la superficie de la interfaz de SiC, mientras que el carbono elimina el dióxido de silicio (carburo de sílice) en la interfaz donde se encuentra el SiC, lo que aumenta la energía superficial. La sinterización en fase sólida utiliza otros aditivos como la alúmina (Al₂O₃), el nitruro de boro (BN) o una combinación de carburo de boro y alúmina.
Sinterización en fase líquida
En esta fase, se pueden utilizar diferentes óxidos eutécticos, como Y₂O₃-Al₂O₃, como aditivo o como elemento único. Esta fase funciona mejor a bajas temperaturas. La densificación del SiC se obtiene mediante el movimiento de las partículas de SiC, la difusión y la transferencia de masa, generadas por el bajo punto eutéctico.
Alguno fabricantes Prefiero el método de sinterización en fase líquida al de sinterización en fase sólida porque tiene buena estabilidad térmica, requiere menos materias primas y un menor costo de producción.
En general, la sinterización sin presión del carburo de silicio produce materiales SSIC superiores con mayor pureza y mejor densidad. Esto significa que puede ser utilizado por industrias que producen dispositivos electrónicos de alta temperatura, o incluso en aplicaciones que exigen alta precisión y estabilidad térmica. Sin embargo, si desea ahorrar tiempo y reducir sus costos de producción, puede optar por el proceso de sinterización por reacción para producir SiC sinterizado. Por lo tanto, su elección entre estos dos procesos depende de lo que pretenda hacer y cómo desee que se realice su aplicación.
Comparación entre carburo de silicio sinterizado y carburo de silicio
El carburo de silicio sinterizado (SSIC) es un tipo de material cerámico de SiC que se produce mediante la sinterización de partículas de SiC ultrafinas y de alta pureza para obtener materiales cerámicos duros y supersólidos. El carburo de silicio (SiC), por otro lado, es un material cerámico avanzado Hecho de silicio y carburo. El SiC existe en forma artificial, carborundo, o en forma natural, moissanita. Actualmente, estos dos elementos (silicio y carbono) se combinan químicamente en industrias de alta tecnología bajo calor intenso para producir materiales cerámicos con alta resistencia a la compresión, dureza, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión y a los productos químicos. Los materiales de SiC se utilizan principalmente para la producción de abrasivos, materiales tenaces y de superficie dura, como disipadores de calor cerámicos, repuestos para maquinaria, piezas de motores aeroespaciales y de automóviles, etc.
Los materiales SSIC son generalmente superiores a los materiales de carburo de silicio porque estos materiales se han vuelto más resistentes al calor intenso, su porosidad se ha reducido, mientras que su conductividad eléctrica y térmica se ha mejorado enormemente en comparación con la de los componentes de carburo de silicio.
Aplicaciones del carburo de silicio sinterizado sin presión
El carburo de silicio sinterizado sin presión tiene numerosas aplicaciones en diversos sectores hoy en día. Algunas de ellas son:
Industria manufacturera
Puede utilizar estos materiales SSIC sin presión de alto rendimiento para producir anillos de sellado, cojinetes deslizantes y piezas resistentes al desgaste en máquinas industriales pesadas.
Industria eléctrica
En la industria eléctrica actual, estos materiales cerámicos SSIC se pueden utilizar para fabricar semiconductores, armas y artillería, equipos y electrónica de potencia de alta temperatura debido a su excelente resistencia a la compresión y su capacidad para soportar condiciones desfavorables.
Industria metalúrgica
El carburo de silicio sinterizado sin presión se puede utilizar en la producción de instrumentos y equipos metálicos que requieren una rápida transferencia de calor o conductividad eléctrica. Materiales como disipadores de calor cerámicos, boquillas de combustión, componentes de revestimiento de hornos, etc.
Industria del vidrio
Los materiales hechos de vidrio, como ventanas, parabrisas de automóviles, espejos laterales e instrumentos ópticos, pueden fabricarse a partir de material de SiC sinterizado sin presión.
Tendencias actuales del mercado y valor de mercado del carburo de silicio sinterizado sin presión
El mercado del carburo de silicio sinterizado sin presión está creciendo a un ritmo asombroso si se analiza la economía mundial. ¿Se pregunta por qué? Es simplemente porque actualmente el mercado no ofrece mejores sustitutos para la cerámica de carburo de silicio y sus diversos grados, incluyendo los materiales SSIC sin presión.
En 2023, el mercado global de SiC sinterizado sin presión se valoró en 2.300 millones de T/T, con un tamaño de mercado superior a 3.000 millones de T/T. Por lo tanto, si desea invertir, tenga en cuenta que la tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) se situó en 8,51 T/T durante el período 2024-2030, por lo que se espera que el valor de mercado alcance los 3.800 millones de T/T para 2030.
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Preguntas frecuentes
¿A qué temperatura se sinteriza el carburo de silicio?
El carburo de silicio se sinteriza a temperaturas que oscilan entre 1950°C y 2200°C.
¿Tienen alguna limitación los materiales de carburo de silicio?
Sí, debido a su alta resistencia, tienden a ser muy frágiles y reaccionan mal a impactos fuertes o golpes mecánicos.
¿Cuál es la rigidez del SiC?
La rigidez de los materiales de carburo de silicio es de aproximadamente 440 GPa a 490 GPa, lo que indica que pueden mantener su forma original bajo cualquier tipo de tensión mecánica.
Conclusión
El carburo de silicio sinterizado sin presión es un material cerámico de carburo de silicio económico y eficaz. Gracias a sus propiedades mecánicas mejoradas, su pureza ultraalta, su alta densidad y sus diversas aplicaciones en diversos sectores, sin duda alcanzará nuevas cotas de innovación en el futuro próximo. Esté atento a estos materiales y productos de carburo de silicio.