Che cos'è il carburo di silicio sinterizzato?
Il carburo di silicio sinterizzato è un materiale ceramico ingegneristico avanzato. Non è solo un comune materiale di macinazione, ma anche un materiale chiave indispensabile in settori high-tech come i semiconduttori e l'aviazione. Le sue eccezionali prestazioni lo rendono uno dei materiali preferiti per applicazioni di resistenza alle alte temperature, alla corrosione e all'usura.
Solitamente viene prodotto sinterizzando polvere di carburo di silicio ad alta temperatura, da 2000℃ a 2600℃, sotto vuoto o in un ambiente inerte.
Grazie alla sinterizzazione ad alta temperatura, le particelle di polvere di carburo di silicio si legano tra loro e formano una struttura densa (raggiungendo una densità superiore a 99%), conferendole maggiore densità e resistenza meccanica, nonché la capacità di sopportare pressioni e sollecitazioni maggiori.
Caratteristiche del carburo di silicio sinterizzato
Resistenza all'usura e all'abrasione
Il carburo sinterizzato ha un'eccellente resistenza all'usura. Anche in condizioni di lavoro gravose, come attrito ad alta velocità, alta pressione e abrasione da particelle, il carburo di silicio sinterizzato può mantenere un tasso di usura estremamente basso e una precisione dimensionale stabile. Può essere utilizzato in componenti ad alta velocità come tenute meccaniche, cuscinetti e corpi pompa.
Proprietà resistenti alla corrosione
Il carburo di silicio sinterizzato ha un'elevata resistenza alla corrosione. In vari mezzi corrosivi come acidi forti, alcali forti, solventi organici, ecc., può essere conservato stabilmente grazie alla sua elevata resistenza alla corrosione. Può rimanere stabile in vari mezzi corrosivi come acidi forti, alcali forti, solventi organici, ecc. Il carburo di silicio sinterizzato ha una vasta gamma di applicazioni in alcune industrie chimiche, petrolifere e cartarie.
Resistenza alla temperatura e resistenza allo scorrimento
Una delle caratteristiche più notevoli del carburo di silicio sinterizzato è la sua eccellente resistenza alle alte temperature. A temperature estremamente elevate, prossime ai 1750 °C, può comunque mantenere livelli di resistenza paragonabili a quelli a temperatura ambiente. Ancora più importante, grazie al suo elevato modulo elastico e alla sua struttura cristallina, il carburo di silicio sinterizzato presenta un'elevatissima resistenza al creep in ambienti ad alta temperatura e alta pressione, e non si verifica quasi nessuna deformazione da creep anche sotto stress continuo, il che lo rende il materiale preferito per componenti strutturali e componenti hot-end ad alta temperatura.
Prestazioni di shock termico
Anche la resistenza agli shock termici del carburo di silicio sinterizzato è eccellente. Si tratta di una struttura in cui confluiscono diverse proprietà eccellenti. L'elevata conduttività termica (125 W/mK) consente di condurre il calore in modo rapido e uniforme, prevenendo efficacemente la generazione di stress locali; mentre il basso coefficiente di dilatazione (4,0×10⁻⁶/℃) può ridurre al minimo le variazioni dimensionali causate dalla temperatura.
L'eccellente resistenza agli shock termici rende il carburo di silicio sinterizzato più affidabile in ambienti con rapidi sbalzi di temperatura, come forni ad alta temperatura e scambiatori di calore.
Altri tipi di carburo di silicio
Rispetto al carburo di silicio sinterizzato, il carburo di silicio legato per reazione (RBSiC) presenta costi di produzione inferiori e un ritiro dimensionale inferiore, ma la sua resistenza meccanica e alla corrosione sono relativamente basse. La densità tipica del carburo di silicio legato per reazione è di 3,06 g/cm³ e la temperatura massima di esercizio è di circa 1300 °C.
Il carburo di silicio CVD è noto per la sua purezza ultraelevata (>99,9995%) ed è particolarmente adatto ai severi requisiti dell'industria dei semiconduttori. Tuttavia, i suoi costi di produzione sono elevati e il suo impiego è limitato nella produzione di componenti di grandi dimensioni e di forma complessa.
Il carburo di silicio sinterizzato in fase liquida può essere densificato a temperature più basse e avere migliori proprietà meccaniche aggiungendo coadiuvanti di sinterizzazione, ma le sue prestazioni ad alta temperatura sono relativamente scarse.
Vantaggi e limiti del SiC sinterizzato
Punti di forza:
- Ha eccellenti proprietà meccaniche e ad alta temperatura e può mantenere una buona stabilità ad alte temperature (1600°C)
- Resistenza alla corrosione
- Elevata durezza e resistenza all'usura
- Ottima conduttività termica e forte resistenza agli shock termici
limitazione:
- Il costo di produzione è elevato
- La lavorazione è difficile e richiede alcune attrezzature di lavorazione speciali
- La tenacità del carburo di silicio sinterizzato sarà relativamente bassa
Applicazioni del carburo di silicio sinterizzato
Applicazioni ad alta temperatura
Il carburo di silicio sinterizzato presenta un'eccellente resistenza alle alte temperature e all'ossidazione. Può funzionare stabilmente anche a temperature elevate di 1600 °C. Può essere utilizzato per la produzione di scambiatori di calore, componenti per bruciatori, accessori per forni e altre applicazioni.
Applicazioni industriali
L'eccellente resistenza all'usura e la durezza del carburo di silicio sinterizzato lo rendono particolarmente adatto per applicazioni in settori che richiedono elevata resistenza all'usura, come tenute meccaniche, cuscinetti e componenti del corpo pompa. Le sue eccellenti prestazioni garantiscono un utilizzo a lungo termine e una buona stabilità dimensionale.
Applicazioni chimiche
Il carburo di silicio sinterizzato ha un'eccellente resistenza alla corrosione e può resistere a vari acidi forti, basi forti e vari fluidi corrosivi. È un materiale ideale per l'industria chimica. È presente in alcuni componenti di pompe chimiche, scambiatori di calore, rivestimenti di reattori, ecc.
Applicazioni dei semiconduttori
Nell'industria dei semiconduttori, il carburo di silicio sinterizzato è estremamente critico. È un materiale chiave indispensabile nelle apparecchiature di produzione di semiconduttori. Può essere impiegato per la produzione di supporti per wafer, componenti di camere di processo, dispositivi per trattamento termico, ecc. Le proprietà del carburo di silicio sinterizzato si adattano perfettamente a queste applicazioni.
Automotive Aerospaziale
L'industria automobilistica e aerospaziale sono estremamente esigenti in termini di selezione dei materiali, richiedendo elevate proprietà meccaniche e termiche, e il carburo di silicio sinterizzato soddisfa questi requisiti. Può essere utilizzato in componenti ad alta temperatura e alta velocità come sistemi frenanti, componenti del motore e turbocompressori nelle automobili; e nel settore aerospaziale, viene utilizzato principalmente in componenti chiave come i componenti hot end del motore e i sistemi di protezione termica.
Conclusione
Grazie alla continua ottimizzazione e innovazione dei processi produttivi, le prestazioni del carburo di silicio sinterizzato continueranno a migliorare e il suo campo di applicazione diventerà sempre più ampio. Allo stesso tempo, svolge un ruolo insostituibile nell'industria moderna.