Introdução
Recentemente, tem havido uma crescente demanda global por materiais cerâmicos com maior resistência e durabilidade, para que possam suportar condições de trabalho adversas e ainda assim apresentar um desempenho eficiente. É por isso que os materiais cerâmicos de carboneto de silício surgiram como um dos melhores e mais utilizados. Além de sua dureza e durabilidade impressionantes, eles também apresentam outras propriedades interessantes, que abordaremos detalhadamente no artigo de hoje. Você também aprenderá sobre os diversos tipos, aplicações e tendências de mercado das cerâmicas de carboneto de silício e como os dissipadores de calor cerâmicos diferem do alumínio e de outros materiais.
Características dos materiais cerâmicos de carboneto de silício
Os materiais cerâmicos de carboneto de silício são materiais cerâmicos avançados feitos de material semicondutor, Carboneto de Silício, e são utilizados em diversas aplicações industriais. Às vezes, apresentam-se amarelos e, em outras, esverdeados. Esses semicondutores são feitos de Silício e Carbono dispostos em estruturas cristalinas, tornando-os um dos materiais artificiais mais duros conhecidos na Terra. Aqui estão algumas propriedades dos materiais cerâmicos de carboneto de silício que você deve conhecer ao considerar a compra:
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Alto nível de resistência ao calor e à corrosão
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Capacidade de suportar altas temperaturas chegando a 1.300°C.
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Resistente a arranhões
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Excelentes condutores de calor e eletricidade.
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Materiais quimicamente inativos.
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Baixa densidade
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Posse de uma ampla lacuna de banda, o que significa que podem servir como bons semicondutores para dispositivos eletrônicos.
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Baixa expansão térmica e resistência ao choque.
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Materiais extremamente duros, superados apenas pelo diamante.
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Alta densidade de 3,20g/mm
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Alto ponto de fusão de 2.730°C
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Grande módulo de elasticidade maior que 400 GPa.
Tipos de materiais cerâmicos de carboneto de silício
Existem três tipos principais de materiais de carboneto de silício:
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Materiais de carboneto de silício ligados por reação (RBSiC):
Este tipo de material cerâmico de carboneto de silício é conhecido por sua densidade e resistência excepcionais. É fabricado industrialmente a partir da combinação química de pós de silício e carbono sob altas temperaturas e pressão de sinterização mínima. Quando isso é feito, geralmente se obtém um material poroso que aceita infiltração de silício. Devido à alta resistência do RBSiC à temperatura e ao desgaste, ele é um excelente material para a produção de cadinhos, espelhos espaciais e muitos outros componentes industriais de alta temperatura.
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Materiais de carboneto de silício infiltrado em silício (SiSiC):
Este tipo de material de carboneto de silício assemelha-se mais a um tipo de carboneto de silício de alta densidade ligado por reação. A diferença é que os materiais porosos são infiltrados com silício líquido. O SiSiC pode ser usado em diferentes aplicações, como tubos cerâmicos para revestimento de máquinas industriais, semicondutores para dispositivos eletrônicos e ferramentas para fabricação de bicos e materiais de corte.
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Materiais de carboneto de silício sinterizado (SSIC):
Esses materiais leves são formados pela compressão de partículas de pó de carboneto de silício sob alta temperatura e baixa pressão. Possuem alta pureza, superfícies mais lisas e densidades mais elevadas. Você pode usar esse tipo de material SSIC industrialmente para a produção de bombas, selos mecânicos e algumas peças de reposição de máquinas.
Comparação entre dissipadores de calor de cerâmica e dissipadores de calor de alumínio.
Dissipadores de calor são dispositivos ou placas utilizados na indústria elétrica como meio de dissipar o calor excessivo produzido por componentes eletrônicos (dissipação de calor). Com o aumento da produção de dispositivos eletrônicos nos últimos anos, materiais cerâmicos avançados e alumínio se tornaram os dois materiais mais comumente usados na produção desses dissipadores de calor.
No entanto, se você tiver que escolher entre as duas opções, dissipadores de calor cerâmicos feitos de materiais cerâmicos avançados, como o carboneto de silício, provavelmente são uma opção melhor do que o alumínio, pois dissipam ou removem melhor o calor de dispositivos eletrônicos. Por que eles são melhores? Se você perguntar. É porque, ao contrário do alumínio, os dissipadores de calor de carboneto de silício são condutores de eletricidade mais fortes em dispositivos eletrônicos de alta precisão devido à sua dureza excepcional e capacidade de funcionar bem em condições desfavoráveis, como altas temperaturas ou calor. Além disso, esses dissipadores de calor cerâmicos avançados também são mais ecológicos e têm uma resistência térmica maior do que o alumínio.
Em comparação com o alumínio, os dissipadores de calor de cerâmica também resistem a reações químicas e corrosão, além de não permitirem interferência eletromagnética. Essas propriedades listadas acima fazem com que os dissipadores de calor de cerâmica de carboneto de silício dissipem o calor da luz ou de dispositivos eletrônicos de alta energia de forma excelente em comparação com o alumínio.
Dissipadores de calor de alumínio não são uma má opção. Se você está considerando o custo de aquisição de qualquer um deles, saiba que os dissipadores de calor de alumínio são mais baratos em comparação com os de cerâmica e também são bons condutores térmicos. A escolha entre um dissipador de calor de cerâmica e um de alumínio depende das propriedades que você deseja ou da aplicação para a qual precisa. Portanto, embora os dissipadores de calor de cerâmica ofereçam desempenho ideal, os de alumínio são mais econômicos.
Elementos de aquecimento de carboneto de silício
O carboneto de silício pode ser usado para fabricar elementos de aquecimento, apresentando alta condutividade térmica. Graças à sua alta densidade, hastes e tubos cerâmicos podem ser extraídos de diferentes graus de SiC a temperaturas que chegam a 2.500 °C.
A alta potência de saída é uma característica marcante dos elementos de aquecimento de carboneto de silício. Esses elementos, na maioria das vezes, não necessitam de suporte externo, pois podem ser montados de qualquer forma (horizontal ou verticalmente).
O carboneto de silício é usado para fazer elementos de aquecimento porque:
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Ele tem a capacidade de gerenciar diferentes produtos independentemente da atmosfera.
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Eles são muito econômicos e não apresentam problemas de armazenamento.
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Também é limpo e ecológico.
Aplicações de elementos de aquecimento de carboneto de silício
Elementos de aquecimento de carboneto de silício podem ser usados em diferentes configurações e aplicações. Vejamos alguns:
Indústria do Vidro
Na indústria do vidro, você pode usar esses elementos de aquecimento de SiC para derreter (devido à sua propriedade refratária) e refinar vidro.
Indústria Elétrica
Você pode usá-lo para fazer porcelanas elétricas, rebolos, velas de ignição, aquecedores de difusão e carboneto de silício.
Metalurgia
Sinterização, têmpera, desoxidação, ensaio, tratamento térmico, forjamento e brasagem são todas aplicações adequadas para elementos de aquecimento de carboneto de silício na indústria metalúrgica.
Indústria Cerâmica
A indústria cerâmica não fica de fora, porque a cerâmica e alguns outros utensílios de cozinha que você usa em casa são todos produtos de aquecimento por carboneto de silício.
Tendências atuais do mercado internacional e valor de mercado de cerâmicas de carboneto de silício.
Materiais de carboneto de silício infiltrado com silício (SiSiC) e carboneto de silício sinterizado (SSiC) dominaram o mercado de cerâmica por um longo tempo em 2023. Devido à sua utilidade, muitas indústrias começaram a demandar esses materiais cerâmicos de carboneto de silício e, como resultado, o mercado cresceu a uma taxa surpreendente.
É interessante saber que, há dois anos, o mercado de cerâmicas de carboneto de silício era avaliado em $1,27 bilhão. Com uma taxa composta de crescimento anual de 5,25%, espera-se que ultrapasse $2 bilhões até 2030. O continente asiático conta com importantes players do mercado, como Fuji Electric Company, Ltd., Japan, ROHM Company, Ltd., STMicroelectronics, etc.
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Aplicações de materiais cerâmicos de carboneto de silício
Materiais cerâmicos de carboneto de silício podem ser aplicados em diversos setores, desde a indústria química e empresas de engenharia até a indústria de manufatura, entre outros. Analisaremos alguns deles:
Empresas de Engenharia
Em empresas de engenharia, o carboneto de silício pode ser usado em eletrônicos para produzir dispositivos, máquinas e equipamentos que exigem alto nível de condutividade térmica e resistência ao calor. Por exemplo, ele pode ser usado na produção de freios, peças de motor, bombas, rolamentos, selos mecânicos, revestimentos de fornos, bicos injetores, tubos, etc.
Indústria Cerâmica
Você pode usar cerâmicas de carboneto de silício para produzir esmaltes, prateleiras de fornos e revestimentos devido à sua excelente resistência refratária e química.
Produção de Abrasivos
Materiais que exigem superfícies ásperas e resistentes a arranhões, como peças de máquinas e ferramentas de corte, podem ser produzidos a partir de cerâmicas de carboneto de silício. Abrasivos, por exemplo, utilizam a dureza do carboneto de silício e as propriedades de resistência ao desgaste para aumentar sua eficácia.
Indústria Eletrônica
Eletrônicos, semicondutores e dispositivos de energia como diodos Schottky e MOSFETS também se beneficiam das cerâmicas de carboneto de silício.
Militares
Os coletes à prova de balas usados nas forças armadas reagem muito bem a objetos de alto impacto porque a maioria deles é feita de materiais cerâmicos de carboneto de silício.
Perguntas frequentes
Qual é o nome comum dos materiais cerâmicos de carboneto de silício?
O nome comum para materiais cerâmicos de carboneto de silício é Moissanita.
Qual é a classificação de dureza de Mohs da cerâmica de carboneto de silício?
Uma classificação de dureza Mohs de 9,5 torna a cerâmica de carboneto de silício o segundo material mais duro da Terra, depois do diamante.
Os materiais cerâmicos de carboneto de silício têm ponto de ebulição e ponto de fusão?
Sim, eles têm um ponto de fusão de cerca de 2.730 °C, mas não têm um ponto de ebulição definido. No entanto, pesquisas recentes mostram que, a 2.496 °C, eles podem passar do estado sólido diretamente para o gasoso (sublimação).
O que é carboneto de sílica e o que o diferencia do carboneto de silício?
Suas composições química e física são o que os diferencia. Enquanto o carboneto de sílica é um óxido de silício, com fórmula química SiO2, o carboneto de silício é um composto químico feito de silício e carbono.
Conclusão
Os materiais de carboneto de silício continuarão a ser um pilar na economia mundial enquanto a população mundial continuar a usar e demandar materiais cerâmicos avançados. Com as inovações e modificações desses materiais cerâmicos de carboneto de silício surgindo, este é certamente um dos melhores setores em que você pode entrar com segurança e esperar um boom.