Sinterizzazione del carburo di silicio: tutto quello che dovresti sapere

Introduzione

L'importanza di Materiale ceramico in carburo di silicio (SiC) al mondo di oggi non può essere sopravvalutato. È uno dei materiali ceramici avanzati più discussi per la sua utilità e le sue impressionanti proprietà meccaniche. Quasi tutte le aziende di ingegneria e le industrie high-tech oggi utilizzano materiali SiC in un modo o nell'altro. Grazie alle recenti tecnologie, i produttori hanno scoperto che la sinterizzazione del carburo di silicio può aiutare a ottenere SiC di alta qualità a costi contenuti.

Nell'articolo di oggi imparerai le proprietà e le applicazioni del carburo di silicio sinterizzato senza pressione tipo. Scoprirai anche le differenze tra la sinterizzazione per reazione e la sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio. Infine, apprenderai le attuali tendenze del mercato internazionale e il valore di mercato del carburo di silicio sinterizzato.

Caratteristiche del carburo di silicio sinterizzato

Il carburo di silicio sinterizzato viene prodotto industrialmente sinterizzando polveri di SiC puro e riscaldandole a temperature che raggiungono i 2.100 °C. Dopo un adeguato riscaldamento e lavorazione, le polveri di SiC fondono per formare un materiale ceramico denso e duro. Coadiuvanti di sinterizzazione non ossidi come il boro sono essenziali in questo processo di miglioramento della durezza del carburo di silicio. In futuro, i materiali SSiC saranno disponibili in due gradi principali: carburo di silicio sinterizzato per reazione e carburo di silicio sinterizzato senza pressione.

Questi materiali in carburo di silicio sinterizzato (SSiC) stanno guadagnando popolarità perché sono una versione migliorata del carburo di silicio. Il motivo è che i materiali SSiC presentano solitamente proprietà meccaniche e durata superiori, grazie al fatto che sono stati sottoposti a ulteriori processi industriali che comportano temperature e riscaldamento estremi. Presentano inoltre una densità più elevata, un livello di purezza più elevato e una forte resistenza alla corrosione, agli agenti chimici e all'usura.

Proprietà del carburo di silicio sinterizzato

Alcune delle proprietà eccezionali del carburo di silicio sinterizzato sono:

• Basso coefficiente di dilatazione termica

• Elevata resistenza alla compressione e durezza.

• Bassa porosità

• Alta percentuale di SiC puro.

• Alto punto di fusione

• Stabilità anche ad alte temperature.

• Elevata resistenza alla corrosione, all'usura e allo strappo.

• Eccellente conduttività termica e resistenza agli shock termici.

• Materiali refrattari durevoli

Applicazioni del carburo di silicio sinterizzato

Grazie alle straordinarie proprietà del carburo di silicio sinterizzato, è possibile utilizzarlo in una vasta gamma di applicazioni, tra cui:

• Produzione di dissipatori di calore in ceramica.

• Produzione di cuscinetti in ceramica.

• Veicoli militari e giubbotti antiproiettile

• Produzione di rivestimenti per forni

• Produzione di componenti per turbine

• Produzione di eccellente semiconduttori in carburo di silicio.

• Produzione di sfere, sedi e rivestimenti per valvole.

Confronto tra sinterizzazione senza pressione e sinterizzazione di reazione del carburo di silicio

Il carburo di silicio sinterizzato può essere prodotto industrialmente secondo due distinti processi di sinterizzazione: la sinterizzazione per reazione e la sinterizzazione senza pressione. Analizziamoli brevemente entrambi.

Sinterizzazione di reazione del carburo di silicio

Questo metodo è molto semplice se utilizzato per sinterizzare il SiC. In questo caso, è possibile utilizzare temperature molto basse, circa 1.650 °C, per riscaldare una miscela di polveri di carbonio e SiC. Assicurarsi che la miscela sia sufficientemente porosa da consentire al silicio liquido di infiltrarsi nei pori. Ora, è qui che avviene la reazione durante la sinterizzazione (riscaldamento). Noterete che il silicio liquido appena versato reagisce con il carbonio, producendo un eccesso di SiC denso sinterizzato.

È un processo ad alto consumo energetico, ma come avete appena letto, è anche molto veloce e semplice. È più adatto alla produzione su larga scala di materiali SiC sinterizzati. Questi sono alcuni dei principali vantaggi rispetto alla sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio. Tuttavia, la maggior parte dei materiali prodotti dalla sinterizzazione di reazione non è solitamente sufficientemente densa da resistere a temperature molto elevate. Non è possibile fare affidamento su di essi perché la loro natura porosa li rende facilmente soggetti a crepe sotto stress meccanico.

I prodotti realizzati in carburo di silicio sinterizzato tramite reazione possono ancora essere utilizzati per vari scopi e applicazioni specifiche nel settore aerospaziale e ingegneristico.

Sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio

Questo metodo di sinterizzazione del carburo di silicio non comporta l'aggiunta di pressione esterna al SiC ad alta purezza Polveri a vostra disposizione. Per ottenere questa sinterizzazione senza pressione è possibile utilizzare un forno a vuoto con temperature elevate, comprese tra 2.100 °C e 2.200 °C. È sufficiente riscaldare la polvere di carburo di silicio nel vuoto fino a quando non si fonde, formando una piastra di ceramica policristallina ad alta densità. Il processo di fusione attraversa la fase di diffusione allo stato solido e le particelle formano così dei colli.

La sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio consente di produrre carburo di silicio sinterizzato di alta qualità a costi contenuti. Offre diversi vantaggi esclusivi rispetto alla sinterizzazione per reazione del carburo di silicio. Tra questi:

• Riduzione dei costi di produzione poiché non è necessariamente necessaria una pressione esterna per sinterizzare la polvere di carburo di silicio.

• La sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio può aiutarti a produrre qualsiasi tipo di materiale ceramico di forma complessa di tua scelta.

• Utilizzando il metodo di sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio è possibile evitare le limitazioni degli stampi durante il processo di lavorazione.

• La sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio può aiutarti a produrre materiali SSiC di qualità superiore, con elevata resistenza alle temperature e alla flessione.

La sinterizzazione a reazione consente di risparmiare tempo e ridurre i costi di produzione, mentre la sinterizzazione senza pressione garantisce SSiC puro e di qualità superiore. È quindi possibile considerare questi fattori e fare la scelta in base alle specifiche del prodotto e ai risultati attesi.

Proprietà del carburo di silicio sinterizzato senza pressione

È stato dimostrato quanto sia facile produrre questo tipo di carburo di silicio sinterizzato senza pressione nell'industria. Ecco alcune delle straordinarie proprietà di questi materiali SiC sinterizzati senza pressione:

• Ha una densità compresa tra 3,1 e 3,2 g/cm³.

• Elevata durezza Vickers pari a 2500 HV0,5.

• 99% carburo di silicio puro

• Materiale chimicamente inerte.

• Basso coefficiente di dilatazione termica.

• Ha una porosità inferiore a 0,2% grazie alla sua elevata densità.

• Può resistere a temperature fino a 1.600 °C.

• Resistenza alla compressione di 3.000 MPa e resistenza alla flessione di 600 MPa.

• Altamente elastico, con un modulo di Young di circa 410 GPa.

• Buon conduttore termico, con un conduttività termica raggiungendo 120 W/mK.

Applicazioni dei materiali in carburo di silicio sinterizzato senza pressione

Le applicazioni dei materiali SiC sinterizzati senza pressione spaziano in un'ampia gamma di settori industriali. L'industria metallurgica, l'elettronica, le aziende di ingegneria, l'aerospaziale, l'automotive e molti altri settori manifatturieri traggono tutti vantaggio da questi materiali SiC sinterizzati senza pressione. Ecco alcune delle preziose applicazioni in cui il carburo di silicio sinterizzato senza pressione può rivelarsi utile:

• Produzione di anelli meccanici, ugelli e guarnizioni per macchine industriali pesanti.

• Applicazioni ad alta temperatura come forni industriali, passanti in ceramica per l'isolamento elettrico e dissipatori di calore nei semiconduttori.

• Produzione di specchi ottici che sfruttano lunghezze d'onda corte per ottenere maggiore efficienza.

• Produzione di abrasivi, tenute meccaniche, utensili da taglio, utensili per rettifica e rivestimenti per forni nelle industrie ad alta tecnologia.

• Produzione di armature militari, componenti per missili balistici e giubbotti antiproiettile.

• Produzione di pompe meccaniche, dispositivi elettronici avanzati e semiconduttori grazie alla durezza del carburo di silicio e all'elevata conduttività termica.

• Il SiC sinterizzato senza pressione può aiutarti a produrre rivestimenti duri antigraffio per altri materiali.

Valore di mercato attuale e tendenze di mercato del carburo di silicio sinterizzato

Nel 2023, il valore di mercato internazionale del SIC sinterizzato ammontava a ben 1,725 milioni di tonnellate. Da allora, la domanda globale è aumentata enormemente, e così anche il valore. Nel 2024, è salito a circa 1,8 miliardi di tonnellate, impressionante, vero? Con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) di 7,61 tonnellate, il mercato ha ancora il potenziale per espandersi ulteriormente.

Tra i principali attori di questo settore figurano aziende di primo piano come CoorsTek, USA, e Saint-Gobain Performance Ceramics and Refractories, Francia.

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Domande frequenti

Qual è il contenuto energetico del carburo di silicio sinterizzato?

Il contenuto energetico del carburo di silicio sinterizzato è di circa 200.

Il SiC sinterizzato direttamente è migliore del SiC legato per reazione?

Sì, si può affermare che il grado SiC sinterizzato direttamente è migliore del grado SiC legato tramite reazione perché offre prestazioni migliori a temperature estremamente elevate.

Perché il carburo di silicio sinterizzato è il materiale migliore per la produzione di guarnizioni?

L'eccezionale durezza e abrasività del carburo di silicio sinterizzato consentono di realizzare guarnizioni ad alta resistenza. Queste guarnizioni sono affidabili, durevoli e resistenti all'usura grazie al materiale in carburo di silicio sinterizzato.

Conclusione

Le straordinarie proprietà del carburo di silicio sinterizzato stanno gradualmente rendendo il mondo più facile e piacevole in cui vivere. Sì, possiamo dirlo con certezza, considerando le sue numerose applicazioni e il prezioso contributo a molti settori ed economie a livello globale. I materiali SSiC possono essere definiti il futuro della ceramica avanzata. Ora è il momento migliore per investire!