Introdução

O carboneto de silício é um dos materiais cerâmicos avançados mais utilizados atualmente. A impressionante dureza e a alta condutividade térmica são algumas das propriedades excepcionais que levaram ao aumento da demanda e da produção desses materiais de SiC. Com a tecnologia mais recente, é possível produzir carboneto de silício industrialmente por sinterização sem pressão de pó de SiC ou por um processo de ligação por reação. O artigo de hoje apresentará uma visão geral dos materiais de carboneto de silício sinterizados sem pressão, suas propriedades, aplicações e como eles se comparam ao carboneto de silício e outros materiais. Você também aprenderá como a sinterização por reação difere dos métodos de produção de SiC por sinterização sem pressão. Por fim, você verá as tendências atuais do mercado de carboneto de silício sinterizado sem pressão.

Carboneto de silício sinterizado

O Carbeto de Silício Sinterizado (SSIC) é um tipo de material de carboneto de silício obtido pela sinterização de pó fino de carboneto de silício altamente purificado, formando um material cerâmico sólido. Isso pode ser feito industrialmente sob altas temperaturas, calor e pressão. Os materiais SSIC apresentam excelente resistência à compressão e dureza, alta condutividade térmica e forte resistência a produtos químicos e ferrugem. Aplicações que exigem alta precisão dimensional, altas temperaturas e estabilidade térmica se beneficiam do uso desses materiais SSIC. O carboneto de silício sinterizado sem pressão e o carboneto de silício sinterizado por reação são as principais variações dos materiais SSIC.

O que é carboneto de silício sinterizado sem pressão?

Carboneto de silício sinterizado sem pressão É um tipo de material de SiC sinterizado produzido a partir da sinterização de pó de carboneto de silício ultrafino e de alta pureza em atmosfera de vácuo, à pressão atmosférica e a altas temperaturas, variando de 1980 °C a 2200 °C. Como o nome indica, não é necessária pressão externa para produzir esses materiais. Às vezes, durante a prensagem, aditivos de sinterização como alumina (Al2O3) e carboneto de boro (B4C) podem ser usados para fundir o pó de SiC em materiais cerâmicos sólidos com alta estabilidade térmica. A sinterização sem pressão torna os materiais cerâmicos muito densos, pois, durante a produção, a densidade é aumentada acima de 95% da densidade teórica.

Propriedades do carboneto de silício sinterizado sem pressão

Aqui estão algumas das propriedades exclusivas dos materiais de SiC sinterizado sem pressão:

• Possui alta dureza

• Um alto ponto de fusão de 3103K

• Densidade de 3,21g/cm³

• Alta resistência à corrosão e a substâncias químicas.

• Alta condutividade térmica acima de 200 Wm-1k-1

• Um grande módulo de elasticidade atingindo 410 GPa

• Capacidade de suportar altas temperaturas chegando a 1.600°C

• Alta resistência à compressão de cerca de 3000 MPa

• Valor de pureza do SiC de 99%

• Uma porosidade menor que 0,2%

• Dureza Vickers de 2.500HVO.5

• Coeficiente de expansão térmica de 4×10-6i°C

Comparação entre sinterização por reação e sinterização sem pressão de carboneto de silício

Existem duas maneiras principais de produzir materiais de carboneto de silício sinterizado industrialmente: sinterização por reação e sinterização sem pressão de materiais de carboneto de silício.

Sinterização por reação de carboneto de silício

Este tipo de material SSIC pode ser produzido misturando grafite e partículas finas de alfa-SiC em uma quantidade predeterminada. Em seguida, aquecendo-o a 1650 °C, as altas temperaturas farão o alfa-SiC reagir com o carbono no corpo de grafite, formando beta-SiC. Em seguida, o silício é completamente infiltrado e os poros restantes são preenchidos para formar um material SSIC sinterizado por reação. Este processo é mais rápido e reduz o custo em comparação com os materiais SSIC sem pressão. Baixo custo temperaturas de sinterização são tudo o que é necessário para produzir esses materiais SSIC de reação. Embora o processo de sinterização por reação seja eficaz para a produção de materiais de grande porte, os materiais produzidos geralmente não apresentam densidade uniforme. Alguns deles chegam a rachar após a produção final. O processo de sinterização por reação também não é ecologicamente correto. Gás e líquido permeiam mais gás em comparação com o SSIC sinterizado sem pressão devido à grande porosidade desses materiais SSIC sinterizados por reação.

Sinterização sem pressão de carboneto de silício

Você pode fabricar materiais SSIC por meio de sinterização sem pressão, que envolve o aquecimento de pós de SiC ultrafinos de alta pureza em sólidos materiais cerâmicos. Isso pode ser feito de duas maneiras: Sinterização em Fase Sólida e Sinterização em Fase Líquida:

Sinterização em fase sólida

Neste tipo de sinterização, temos duas soluções sólidas, que podemos chamar de aditivos: boro e carbono, por exemplo. O boro pode ser usado para diminuir a energia de contorno da interface SiC, enquanto o carbono remove o dióxido de silício (carboneto de sílica) na interface onde o SiC está presente, o que aumenta a energia de superfície. A sinterização em fase sólida utiliza outros aditivos, como alumina (Al2O3), nitreto de boro (BN) ou uma combinação de carboneto de boro e alumina.

Sinterização em fase líquida

Nesta fase, podem ser utilizados diferentes óxidos eutéticos, como Y2O3-Al2O3, como aditivo ou como elemento único. Esta fase funciona melhor em baixas temperaturas. A densificação do SiC é obtida através do movimento das partículas de SiC, da difusão e da transferência de massa, geradas pelo baixo ponto eutético.

Alguns fabricantes prefere o método de sinterização em fase líquida ao de fase sólida porque tem boa estabilidade térmica, requer menos matéria-prima e menor custo de produção.

No geral, a sinterização sem pressão de carboneto de silício resulta em materiais SSIC superiores, com maior pureza e melhor densidade. Isso significa que pode ser utilizada por indústrias que produzem dispositivos eletrônicos de alta temperatura ou mesmo em aplicações que exigem alta precisão e estabilidade térmica. No entanto, se você deseja economizar tempo e reduzir seus custos de produção, pode optar pelo processo de sinterização por reação para produzir SiC sinterizado. Portanto, a escolha entre esses dois processos depende do que você pretende fazer e de como deseja que sua aplicação seja realizada.

Comparação entre carboneto de silício sinterizado e carboneto de silício

O carboneto de silício sinterizado (SSIC) é um tipo de material cerâmico de SiC produzido a partir da sinterização de partículas de SiC ultrafinas e de alta pureza em materiais cerâmicos duros e supersólidos. O carboneto de silício (SiC), por outro lado, é um material cerâmico avançado Feito de silício e carboneto. O SiC existe na forma artificial, carborundum, ou na forma natural, moissanita. Atualmente, esses dois elementos (silício e carbono) são combinados quimicamente em indústrias de alta tecnologia sob calor intenso para produzir materiais cerâmicos com alta resistência à compressão, dureza, estabilidade térmica e resistência à corrosão e a produtos químicos. Os materiais de SiC podem ser usados principalmente na produção de abrasivos, materiais resistentes e com revestimento duro, como dissipadores de calor cerâmicos, peças de reposição para máquinas, peças de motores aeroespaciais e automotivos, etc.

Os materiais SSIC são geralmente superiores aos materiais de carboneto de silício porque esses materiais se tornam mais reforçados pelo calor intenso, sua porosidade foi reduzida, enquanto sua condutividade elétrica e térmica foi bastante melhorada em comparação com a dos componentes de carboneto de silício.

Aplicações de carboneto de silício sinterizado sem pressão

O carboneto de silício sinterizado sem pressão possui inúmeras aplicações em diversos setores atualmente. Algumas delas são:

Indústria de manufatura

Você pode usar esses materiais SSIC sem pressão de alto desempenho para produzir anéis de vedação, rolamentos deslizantes e peças resistentes ao desgaste em máquinas industriais pesadas.

Indústria Elétrica

Na indústria elétrica atual, você pode usar esses materiais cerâmicos SSIC para fabricar semicondutores, armas e artilharia, equipamentos e eletrônicos de alta temperatura devido à sua excelente resistência à compressão e capacidade de resistir a condições desfavoráveis.

Indústria Metalúrgica

O carboneto de silício sinterizado sem pressão pode ser utilizado na produção de instrumentos e equipamentos metálicos que exigem rápida transferência de calor ou condutividade elétrica. Materiais como dissipadores de calor cerâmicos, bicos de combustão, componentes de revestimento de fornos, etc.

Indústria do vidro

Materiais feitos de vidro, como janelas, para-brisas de carros, espelhos laterais e instrumentos ópticos, podem ser feitos de material SiC sinterizado sem pressão.

Tendências atuais do mercado e valor de mercado do carboneto de silício sinterizado sem pressão

O mercado de carboneto de silício sinterizado sem pressão está crescendo a um ritmo impressionante, se observarmos a economia mundial. Quer saber por quê? Simplesmente porque atualmente o mercado não oferece substitutos melhores para as cerâmicas de carboneto de silício e seus diversos tipos, incluindo os materiais SSIC sem pressão.

Em 2023, o mercado global de SiC sinterizado sem pressão foi avaliado em $2,3 bilhões, com um mercado de grande porte, acima de $3 bilhões. Portanto, se você deseja investir, saiba que a Taxa de Crescimento Anual Composta (CAGR) é de 8,5% no período definido de 2024 a 2030, portanto, espera-se que o valor de mercado atinja $3,8 bilhões até 2030.

Aqui em GGSCerâmica, oferecemos a melhor mistura de materiais cerâmicos de carboneto de silício sinterizados sem pressão a preços acessíveis, apenas para atender às suas necessidades de cerâmica.

Perguntas frequentes

Em que temperatura ocorre a sinterização do carboneto de silício?

O carboneto de silício sinteriza em temperaturas que variam entre 1950°C e 2200°C.

Os materiais de carboneto de silício apresentam alguma limitação?

Sim, devido à sua alta resistência, eles tendem a ser muito frágeis e reagem mal a impactos altos ou choques mecânicos.

Qual é a rigidez do SiC?

A rigidez dos materiais de carboneto de silício é de cerca de 440 GPa a 490 GPa, o que indica que eles podem manter sua forma original sob qualquer tipo de estresse mecânico.

Conclusão

O carboneto de silício sinterizado sem pressão é um tipo de material cerâmico de carboneto de silício de baixo custo, porém eficaz. Com essas propriedades mecânicas aprimoradas, pureza ultra-alta, alta densidade e diversas aplicações em diversos setores, ele certamente alcançará patamares ainda maiores com inovações em um futuro próximo. Fique atento a esses materiais e produtos de carboneto de silício.