Desde o nascimento do carboneto de silício, sua alta rigidez e estabilidade em altas temperaturas estão enraizadas em seu “NDA”; é usado como material abrasivo e refratário em grandes quantidades em vários setores. Com o avanço da tecnologia de síntese de SiC, ele tem sido usado na área de semicondutores LED de alto brilho desde o final do século XX. Ao longo da última década, impulsionado pelo forte crescimento das indústrias emergentes, como os veículos de novas energias, o armazenamento de energia fotovoltaica e as comunicações 5G, o carboneto de silício registou um aumento na procura.
O artigo a seguir apresentará as características, qualidade, síntese e usos do carboneto de silício para ajudá-lo a obter uma compreensão mais profunda sobre ele.
Características dos materiais
● Resistência a altas temperaturas: Mesmo a uma temperatura de 1600-1650°C, as propriedades mecânicas e a forma das peças cerâmicas de SiC podem permanecer boas.
● Alta condutividade térmica: Pode atingir 120~200 W/km, perdendo apenas para nitreto de alumínio (AlN) e óxido de berílio (BeO)
● Baixo coeficiente de expansão térmica (CTE): O SiC (4,0~4,5-6/K) é uma das cerâmicas industriais com expansividade térmica mais próxima da dos chips de Si (2,5 ~4,2 x 10-6/K).
● Dureza/resistência à abrasão: Sua dureza Mohs é 9,5, apenas um pouco inferior à do diamante (10).
● Resistência à corrosão: É um dos produtos quimicamente mais inertes entre todas as cerâmicas avançadas. Em vários ambientes agressivos, pode resistir ao envelhecimento.
● Outros: Leve (3,1~3,2g/cm 3 ), alto módulo de elasticidade (400~450GPa), excelente choque térmico, não molhado ou corroído pela maioria dos metais fundidos, propriedades semicondutoras, bom isolamento elétrico e não tóxico.
Notas e Síntese
O carboneto de silício é um material fundamental para componentes estruturais cerâmicos. Seu grau é dividido principalmente de acordo com o processo de sinterização e o grau de densificação da seguinte forma:
1. Tipo sinterizado sem pressão (SSiC)
● Método de síntese:
A densificação é obtida através da sinterização em fase sólida em alta temperatura e pressão atmosférica, adicionando auxiliares de sinterização como boro e carbono. Este é o processo mais comum e econômico.
● Desempenho:
Alta densidade (≥98% de densidade teórica), excelente resistência, dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão.
● Aplicações:
Anéis de vedação, rolamentos, bicos, revestimentos resistentes ao desgaste, móveis de forno (saggers, rolos), etc.
2. Tipo ligado por reação (RBSiC)
● Método de síntese:
Depois que o pó de α-SiC e o pó de carbono são misturados e moldados, eles reagem com o silício fundido ou vapor de silício em alta temperatura para gerar β-SiC, que preenche os poros e atinge a densificação.
● Desempenho:
Alta densidade, deformação de sinterização ideal, alta precisão dimensional, ciclo de preparação curto e baixo custo. Mas o material geralmente contém uma pequena quantidade de silício livre, o que limita a sua temperatura máxima de operação (cerca de 1350°C) porque o silício derreterá.
● Aplicações:
Componentes com requisitos de alta precisão dimensional, como selos mecânicos de precisão, suportes de aquecimento na indústria fotovoltaica, rolos, etc.
3. Tipo recristalizado (R-SiC)
● Método de síntese:
Um processo de sinterização sem pressão que utiliza a transferência de massa por evaporação-condensação de SiC em altas temperaturas para obter crescimento e ligação de grãos, sem a adição de quaisquer auxiliares de sinterização.
● Desempenho:
Extremamente puro e isento de vidro, oferece excelente resistência a altas temperaturas (capaz de uso prolongado acima de 1600°C) e excelente resistência à oxidação e ao choque térmico. No entanto, possui alta porosidade (aproximadamente 15%-20%) e resistência mecânica relativamente baixa.
● Aplicações:
Móveis de forno de alta qualidade (como suportes e vigas), bicos de queimadores, tubos trocadores de calor e outras aplicações que envolvem ambientes de alta temperatura e ricos em oxigênio.
4. Tipo de prensagem isostática a quente (HIPSiC)
● Método de síntese:
A sinterização é realizada em altas temperaturas usando pressão extremamente alta (prensagem a quente) ou gás isotrópico de alta pressão (prensagem isostática a quente). Normalmente são adicionados auxiliares de sinterização.
● Desempenho:
Atingir quase 100% de densidade teórica, com grãos finos e uniformes, resulta nas mais altas propriedades mecânicas (resistência e tenacidade) de todas as classes.
● Aplicações:
Usado em aplicações com requisitos de desempenho extremamente exigentes, como blindagem, componentes aeroespaciais críticos e ferramentas de corte de última geração. Devido ao seu alto custo, sua gama de aplicação é limitada.
Usos cerâmicos de carboneto de silício
Como diferentes tipos de carboneto de silício oferecem diversas combinações de propriedades, eles podem ser adaptados com precisão a setores específicos e transformados em soluções de negócios. A tabela a seguir lista os aplicativos correspondentes com base no desempenho, o que esperamos que seja útil.
Propriedades principais | Indústrias-alvo | Peças reais em usos |
Excelente resistência ao desgaste | Mineração, energia, produtos químicos | ● Bico: Jateamento de areia, corte com jato de água
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Fabricação de automóveis e máquinas | ● Vedações: Vedações de eixo para ambientes severos. ● Placas de desgaste | |
Excelente resistência mecânica e rigidez | Bombas, válvulas e máquinas de fluidos | ● Selos mecânicos: Utilizados em bombas químicas e bombas multiestágio. ● Rolamentos de esferas e rolos: Utilizados em fusos de alta velocidade e máquinas-ferramentas de precisão. ● Mangas de bomba e colares de impulso: Componentes principais de bombas de acionamento magnético. |
Defesa e aeroespacial | Material de armadura leve: usando sua alta dureza e alta resistência para resistir ao impacto | |
Excelente resistência a altas temperaturas e recursos de gerenciamento térmico | Metalurgia, vidro, cerâmica | ● Acessórios do forno: Móveis do forno (suportes, travessas, placas de pressão), forno. ● Bicos do queimador: Componentes do queimador altamente eficientes e economizadores de energia. |
fabricação de semicondutores | ● Componentes de processamento de wafer: discos de moagem, acessórios, pás de recozimento e bandejas epitaxiais. Eles garantem o nivelamento e a baixa contaminação dos wafers de silício durante processos de alta temperatura. | |
Excelente inércia química | Indústria química, Petróleo e gás | ● Anéis de vedação e vedações mecânicas: Usados em bombas que lidam com ácidos fortes (ácido sulfúrico, ácido clorídrico) e álcalis fortes. ● Esferas e sedes de válvulas: Controle o fluxo de meios corrosivos. ● Trocadores de calor: Utilizados para transferência de calor em ambientes altamente corrosivos. |
Alta condutividade térmica e propriedades elétricas | Eletrônica de Potência e Semicondutores | ● Substratos para dispositivos eletrônicos: Dissipadores de calor para LEDs de alta potência e módulos IGBT. ● Equipamentos para fabricação de wafers: Mandris e aquecedores eletrostáticos. |
Sensoriamento e Controle Industrial | ● Conjuntos de aquecedores e sensores: Equipamentos de tratamento térmico de alta temperatura. |
Conclusões
Resumindo, o carboneto de silício é um material cerâmico avançado e versátil, especialmente em termos de resistência ao desgaste, desempenho térmico e inércia química, que supera em muito outras cerâmicas de engenharia. Possui uma variedade de métodos de síntese, resultando em diferentes tipos de produtos com propriedades únicas. As peças de carboneto de silício permitem vários cenários de aplicação desafiadores, permitindo-lhes ultrapassar limites mais elevados e fornecer melhores soluções de custo total.
A JingHui Industry é um fornecedor profissional de componentes de nitreto de silício de alta qualidade feitos de materiais de vários tipos. Por favor, envie-nos uma pergunta se você estiver interessado.