¿Qué es el carburo de silicio sinterizado?
El carburo de silicio sinterizado es un material cerámico de ingeniería avanzada. No solo es un material de molienda común, sino también un material clave indispensable en campos de alta tecnología como los semiconductores y la aviación. Su excelente rendimiento lo convierte en uno de los materiales preferidos para aplicaciones de resistencia a altas temperaturas, corrosión y desgaste.
Por lo general, se fabrica sinterizando polvo de carburo de silicio a una temperatura alta de 2000 ℃ a 2600 ℃ en un entorno de vacío o inerte.
A través de la sinterización a alta temperatura, las partículas de polvo de carburo de silicio se unirán entre sí y formarán una estructura densa (alcanzando una densidad de más de 99%), lo que le otorga mayor densidad y resistencia mecánica, y la capacidad de soportar mayor presión y estrés.
Características del carburo de silicio sinterizado
Resistencia al desgaste y a la abrasión
El carburo sinterizado posee una excelente resistencia al desgaste. Incluso en condiciones de trabajo rigurosas, como fricción a alta velocidad, alta presión y abrasión de partículas, el carburo de silicio sinterizado mantiene una tasa de desgaste extremadamente baja y una precisión dimensional estable. Se puede utilizar en piezas de alta velocidad, como sellos mecánicos, rodamientos y cuerpos de bombas.
Propiedades resistentes a la corrosión
El carburo de silicio sinterizado posee una alta resistencia a la corrosión. Gracias a su alta resistencia a la corrosión, se puede almacenar de forma estable en diversos medios corrosivos, como ácidos fuertes, álcalis fuertes y disolventes orgánicos. El carburo de silicio sinterizado tiene una amplia gama de aplicaciones en las industrias química, petrolera y papelera.
Resistencia a la temperatura y resistencia a la fluencia
Una de las características más destacadas del carburo de silicio sinterizado es su excelente rendimiento a altas temperaturas. A temperaturas extremadamente altas, cercanas a los 1750 °C, mantiene niveles de resistencia comparables a los de temperatura ambiente. Además, gracias a su alto módulo elástico y estructura cristalina, el carburo de silicio sinterizado presenta una resistencia a la fluencia extremadamente alta en entornos de alta temperatura y alta presión, y prácticamente no se produce deformación por fluencia, incluso bajo tensión continua, lo que lo convierte en el material predilecto para piezas estructurales de alta temperatura y componentes de extremo caliente.
Rendimiento de choque térmico
La resistencia al choque térmico del carburo de silicio sinterizado también es excelente. Esta estructura combina diversas propiedades excelentes. Su alta conductividad térmica (125 W/mK) le permite conducir el calor de forma rápida y uniforme, lo que previene eficazmente la generación de tensiones locales; mientras que su bajo coeficiente de expansión (4,0 × 10⁻⁶/℃) minimiza los cambios dimensionales causados por la temperatura.
La excelente resistencia al choque térmico hace que el carburo de silicio sinterizado sea más confiable en entornos con cambios rápidos de temperatura, como hornos de alta temperatura e intercambiadores de calor.
Otros tipos de carburo de silicio
En comparación con el carburo de silicio sinterizado, si bien el carburo de silicio ligado por reacción (RBSiC) presenta menores costos de producción y menor contracción dimensional, su resistencia mecánica y resistencia a la corrosión son relativamente bajas. La densidad típica del carburo de silicio ligado por reacción es de 3,06 g/cm³ y su temperatura máxima de funcionamiento ronda los 1300 °C.
El carburo de silicio CVD es conocido por su pureza ultraalta (>99,9995%) y es especialmente adecuado para los exigentes requisitos de la industria de semiconductores. Sin embargo, su coste de producción es elevado y su uso es limitado para la fabricación de componentes grandes y de formas complejas.
El carburo de silicio sinterizado en fase líquida se puede densificar a una temperatura más baja y tiene mejores propiedades mecánicas al agregarle coadyuvantes de sinterización, pero su rendimiento a alta temperatura es relativamente deficiente.
Ventajas y limitaciones del SiC sinterizado
Puntos fuertes:
- Tiene excelentes propiedades mecánicas y de alta temperatura y puede mantener una buena estabilidad a altas temperaturas (1600 °C).
- Resistencia a la corrosión
- Alta dureza y resistencia al desgaste.
- Excelente conductividad térmica y fuerte resistencia al choque térmico.
limitación:
- El coste de producción es alto
- El procesamiento es difícil y requiere algunos equipos de procesamiento especiales.
- La tenacidad del carburo de silicio sinterizado será relativamente baja.
Aplicaciones del carburo de silicio sinterizado
Aplicaciones de alta temperatura
El carburo de silicio sinterizado posee una excelente resistencia a altas temperaturas y a la oxidación. Mantiene su estabilidad incluso a temperaturas de 1600 °C. Se puede utilizar para fabricar intercambiadores de calor, componentes de quemadores, accesorios para hornos y otras aplicaciones.
Aplicaciones industriales
La excelente resistencia al desgaste y dureza del carburo de silicio sinterizado lo hacen muy adecuado para aplicaciones en sectores con alta resistencia al desgaste, como sellos mecánicos, rodamientos y piezas de cuerpos de bombas. Su excelente rendimiento garantiza un uso prolongado y presenta una buena estabilidad dimensional.
Aplicaciones químicas
El carburo de silicio sinterizado posee una excelente resistencia a la corrosión y es compatible con diversos ácidos y álcalis fuertes, así como con diversos medios corrosivos. Es un material ideal para la industria química. Se utiliza en algunas piezas de bombas químicas, intercambiadores de calor, revestimientos de reactores, etc.
Aplicaciones de semiconductores
En la industria de semiconductores, el carburo de silicio sinterizado es fundamental. Es un material clave e indispensable en los equipos de fabricación de semiconductores. Permite fabricar soportes de obleas, componentes de cámaras de proceso, dispositivos de tratamiento térmico, etc. Las propiedades del carburo de silicio sinterizado se adaptan perfectamente a estas aplicaciones.
Automotriz Aeroespacial
Las industrias automotriz y aeroespacial son extremadamente exigentes en cuanto a la selección de materiales, ya que requieren excelentes propiedades mecánicas y térmicas, y el carburo de silicio sinterizado cumple con estos requisitos. Se puede utilizar en piezas que funcionan a alta temperatura y velocidad, como sistemas de frenos, componentes de motor y turbocompresores de automóviles; y en la industria aeroespacial, se utiliza principalmente en piezas clave como componentes del extremo caliente del motor y sistemas de protección térmica.
Conclusión
Con la optimización e innovación continuas de los procesos de fabricación, el rendimiento del carburo de silicio sinterizado seguirá mejorando y su ámbito de aplicación será cada vez mayor. Al mismo tiempo, desempeña un papel insustituible en la industria moderna.