Introduzione
Recentemente, a livello globale si è assistito a una crescente richiesta di materiali ceramici con maggiore resistenza e durata, in grado di resistere a condizioni di lavoro difficili e di garantire prestazioni efficienti. Per questo motivo, i materiali ceramici in carburo di silicio si sono affermati come uno dei migliori e più utilizzati. Oltre a possedere una durezza e una durata impressionanti, vantano anche altre proprietà interessanti, che analizzeremo approfonditamente nell'articolo di oggi. Inoltre, apprenderai informazioni sulle diverse tipologie, applicazioni e tendenze di mercato delle ceramiche in carburo di silicio e sulle differenze tra i dissipatori di calore in ceramica e quelli in alluminio e altri materiali.
Caratteristiche dei materiali ceramici in carburo di silicio
I materiali ceramici in carburo di silicio sono materiali ceramici avanzati realizzati da materiale semiconduttore, Carburo di Silicio, e sono utilizzati per numerose applicazioni industriali. A volte appare giallo e altre volte verdastro. Questi semiconduttori sono costituiti da silicio e carbonio disposti in strutture reticolari cristalline, il che li rende uno dei materiali artificiali più duri conosciuti sulla Terra. Ecco alcune proprietà dei materiali ceramici in carburo di silicio che dovresti conoscere prima di acquistarli:
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Elevata resistenza al calore e alla corrosione
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Capacità di resistere a temperature elevate, fino a 1.300 °C.
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Resistente ai graffi
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Ottimi conduttori di calore ed elettricità.
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Materiali chimicamente inattivi.
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Bassa densità
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Hanno un ampio band gap, il che significa che possono essere usati come buoni semiconduttori per dispositivi elettronici.
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Bassa dilatazione termica e resistenza agli urti.
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Materiali estremamente duri, secondi solo al diamante.
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Alta densità di 3,20 g/mm
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Elevato punto di fusione di 2.730 °C
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Modulo elastico elevato, superiore a 400 GPa.
Tipi di materiali ceramici al carburo di silicio
Esistono tre tipi principali di materiali in carburo di silicio:
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Materiali in carburo di silicio legati mediante reazione (RBSiC):
Questo tipo di materiale ceramico al carburo di silicio è noto per la sua eccezionale densità e resistenza. Viene prodotto industrialmente dalla combinazione chimica di polveri di silicio e carbonio sotto alte temperature e una pressione di sinterizzazione minima. In questo modo, si ottiene solitamente un materiale poroso che può accettare l'infiltrazione di silicio. Grazie all'elevata resistenza del RBSiC a temperatura, usura e rottura, è un materiale eccellente per la produzione di crogioli, specchi spaziali e molti altri componenti industriali ad alta temperatura.
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Materiali in carburo di silicio infiltrato di silicio (SiSiC):
Questo tipo di materiale in carburo di silicio è più simile a un grado ad alta densità del materiale in carburo di silicio legato per reazione. La differenza è che i materiali porosi sono infiltrati con silicio liquido. Il SiSiC può essere utilizzato per diverse applicazioni, come tubi ceramici per il rivestimento di macchinari industriali, semiconduttori per dispositivi elettronici e utensili per la produzione di ugelli e materiali da taglio.
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Materiali in carburo di silicio sinterizzato (SSIC):
Questi materiali leggeri si formano comprimendo le particelle di polvere di carburo di silicio ad alta temperatura e bassa pressione. Presentano elevata purezza, superfici più lisce e densità più elevate. Questo tipo di materiale SSIC può essere utilizzato industrialmente per la produzione di pompe, tenute meccaniche e alcuni pezzi di ricambio per macchinari.
Confronto tra dissipatori di calore in ceramica e dissipatori di calore in alluminio.
I dissipatori di calore sono dispositivi o piastre utilizzati nell'industria elettrica come mezzo per rimuovere il calore eccessivo prodotto dall'elettronica (dissipazione del calore). Con l'aumento della produzione di dispositivi elettronici Negli ultimi anni, i materiali ceramici avanzati e l'alluminio sono diventati i due materiali più comunemente utilizzati nella produzione di questi dissipatori di calore.
Tuttavia, se si dovesse scegliere tra le due opzioni, i dissipatori di calore in ceramica realizzati con materiali ceramici avanzati come il carburo di silicio sono probabilmente più adatti all'alluminio, poiché sono più efficaci nel dissipare o rimuovere il calore dai dispositivi elettronici. Perché sono migliori? Se ve lo chiedete. Perché, a differenza dell'alluminio, i dissipatori in carburo di silicio sono conduttori di elettricità più forti nei dispositivi elettronici ad alta precisione, grazie alla loro eccezionale durezza e alla capacità di funzionare bene in condizioni sfavorevoli come alte temperature o calore. Non solo, questi dissipatori di calore in ceramica avanzata sono anche più ecologici e hanno una maggiore resistenza termica rispetto all'alluminio.
Rispetto all'alluminio, i dissipatori di calore in ceramica resistono anche alle reazioni chimiche e alla corrosione, e non consentono interferenze elettromagnetiche. Queste proprietà sopra elencate rendono i dissipatori di calore in ceramica al carburo di silicio in grado di dissipare il calore generato da dispositivi elettronici leggeri o ad alta energia in modo eccellente rispetto all'alluminio.
I dissipatori di calore in alluminio non sono una cattiva opzione. Se state considerando il costo di acquisto di uno dei due, dovreste sapere che i dissipatori di calore in alluminio sono più economici rispetto ai dissipatori di calore in ceramica e sono anche buoni conduttori termici. La scelta tra un dissipatore di calore in ceramica e uno in alluminio dipende ora dalle proprietà desiderate o dall'applicazione per cui potrebbe essere necessario. Quindi, mentre i dissipatori di calore in ceramica offrono prestazioni ottimali, i dissipatori di calore in alluminio sono convenienti.
Elementi riscaldanti in carburo di silicio
Il carburo di silicio può essere utilizzato per realizzare elementi riscaldanti, vantando un'elevata conduttività termica. Grazie all'elevata densità, è possibile estrarre barre e tubi ceramici dai diversi gradi di SiC a temperature che raggiungono i 2.500 °C.
L'elevata potenza erogata è un tratto distintivo degli elementi riscaldanti in carburo di silicio. Questi elementi, il più delle volte, non necessitano di supporto esterno, poiché possono essere montati in qualsiasi modo (sia orizzontalmente che verticalmente).
Il carburo di silicio viene utilizzato per realizzare elementi riscaldanti perché:
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Ha la capacità di gestire prodotti diversi indipendentemente dall'atmosfera.
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Sono molto economici e non presentano problemi di stoccaggio.
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Inoltre è pulito e rispettoso dell'ambiente.
Applicazioni degli elementi riscaldanti in carburo di silicio
Gli elementi riscaldanti in carburo di silicio possono essere utilizzati in diversi contesti e applicazioni. Vediamone alcuni:
Industria del vetro
Nell'industria del vetro, è possibile utilizzare questi elementi riscaldanti in SiC per la fusione (grazie alle loro proprietà refrattarie) e la raffinazione del vetro.
Industria elettrica
Può essere utilizzato per realizzare porcellane elettriche, mole, candele, riscaldatori a diffusione e al carburo di silicio.
Metallurgia
Sinterizzazione, tempra, deossidazione, analisi, trattamento termico, forgiatura e brasatura sono tutte applicazioni adatte per gli elementi riscaldanti in carburo di silicio nell'industria metallurgica.
Industria della ceramica
L'industria della ceramica non è da meno, perché la ceramica e alcuni altri utensili da cucina che utilizziamo in casa sono tutti prodotti mediante riscaldamento del carburo di silicio.
Tendenze attuali del mercato internazionale e valore di mercato della ceramica al carburo di silicio.
I materiali in carburo di silicio infiltrato di silicio (SiSiC) e il carburo di silicio sinterizzato (SSiC) hanno dominato a lungo il mercato della ceramica nel 2023. Grazie alla loro utilità, molti settori hanno iniziato a richiedere questi materiali ceramici in carburo di silicio e, di conseguenza, il mercato è cresciuto a un ritmo sorprendente.
È interessante sapere che due anni fa il mercato della ceramica al carburo di silicio era valutato a 1,27 miliardi di dollari. Con un tasso di crescita annuo composto di 5,25 miliardi di dollari, si prevede che supererà i 2 miliardi di dollari entro il 2030. Il continente asiatico ospita i principali attori del mercato come Fuji Electric Company, Ltd., Giappone, ROHM Company, Ltd., STMicroelectronics, ecc.
Qui a GGSCeramics, offriamo la migliore combinazione di materiali ceramici in carburo di silicio, dissipatori di calore in ceramica e prodotti per il vostro uso e piacere.
Applicazioni dei materiali ceramici al carburo di silicio
I materiali ceramici in carburo di silicio trovano applicazione in diversi settori, dall'industria chimica, alle aziende di ingegneria, all'industria manifatturiera e molti altri. Ne esamineremo alcuni:
Società di ingegneria
Negli studi di ingegneria, il carburo di silicio può essere utilizzato nell'elettronica per produrre dispositivi, macchine e apparecchiature che richiedono un'elevata conduttività termica e resistenza al calore. Ad esempio, può essere utilizzato nella produzione di freni, componenti di motori, pompe, cuscinetti, tenute meccaniche, rivestimenti per forni, ugelli, tubi, ecc.
Industria della ceramica
Grazie alla loro eccellente resistenza refrattaria e chimica, le ceramiche al carburo di silicio possono essere utilizzate per produrre smalti per unghie, ripiani per forni e rivestimenti.
Produzione di abrasivi
Materiali che richiedono superfici ruvide e resistenti ai graffi, come componenti meccanici e utensili da taglio, possono essere prodotti con ceramiche al carburo di silicio. Gli abrasivi, ad esempio, sfruttano la durezza e le proprietà di resistenza all'usura del carburo di silicio per aumentarne l'efficacia.
Industria elettronica
Anche l'elettronica, i semiconduttori e i dispositivi di potenza come i diodi Schottky e i MOSFET traggono vantaggio dalla ceramica al carburo di silicio.
Militare
I giubbotti antiproiettile utilizzati in ambito militare reagiscono in modo eccellente agli oggetti ad alto impatto perché la maggior parte di essi è realizzata in materiali ceramici al carburo di silicio.
Domande frequenti
Qual è il nome comune dei materiali ceramici al carburo di silicio?
Il nome comune dei materiali ceramici al carburo di silicio è Moissanite.
Qual è la durezza Mohs della ceramica al carburo di silicio?
Con una durezza Mohs pari a 9,5, la ceramica al carburo di silicio è il secondo materiale più duro sulla Terra, dopo il diamante.
I materiali ceramici al carburo di silicio hanno un punto di ebollizione e un punto di fusione?
Sì, hanno un punto di fusione di circa 2.730 °C, ma non hanno un punto di ebollizione definito. Tuttavia, recenti ricerche dimostrano che a 4.936 °F possono passare direttamente dallo stato solido a quello gassoso (sublimazione).
Cos'è il carburo di silice e cosa lo differenzia dal carburo di silicio?
Ciò che li differenzia è la loro composizione chimica e fisica. Mentre il carburo di silice è un ossido di silicio, con formula chimica SiO₂, il carburo di silicio è un composto chimico composto da silicio e carbonio.
Conclusione
I materiali in carburo di silicio continueranno a essere un pilastro dell'economia mondiale finché la popolazione mondiale continuerà a utilizzare e richiedere materiali ceramici avanzati. Con le innovazioni e le modifiche a questi materiali ceramici in carburo di silicio in arrivo, questo è sicuramente uno dei settori migliori in cui entrare in sicurezza e aspettarsi un boom.