Introducción al carburo de silicio sinterizado sin presión
Carburo de silicio sinterizado sin presión (PS-SIC) es un alto rendimiento material cerámico reconocido por su excepcional mecánico, térmico, y propiedades quimicas. A diferencia de la sic unida por reacción o prensada en caliente, PS-SIC logra la densificación sin presión externa, haciéndolo rentable y adaptable a formas complejas. Las características clave incluyen:
- alta dureza (Dureza de Knoop ~ 2500 kg/mm²)
- Baja densidad (3.10–3.18 g/cm³)
- Superior thermal conductivity (arriba a 120 W/m·K)
- Excellent corrosion resistance to acids, álcalis, y metales fundidos.
Este material se usa ampliamente en aeroespacial, energía, e industrias de defensa debido a su equilibrio de desempeño y asequibilidad.
Proceso de fabricación de bloques PS-SIC
La producción de PS-SIC implica dos mecanismos de sinterización primarios: solid-phase and liquid-phase sintering.
Sinterización de fase sólida
- Ayudas de sinterización: Boro (B) y carbono (C) se agregan a los polvos α/β-sic.
- B reduce la energía del límite de grano.
- C reacciona con SIO₂ de superficie para mejorar la reactividad SiO2(s)+3C(s)→High tempSiC(s)+2CO(gramo).
- Parámetros de proceso:
- Temperatura: 2020–2150 ° C.
- Densidad: Arriba a 99.5% con aditivos B₄C-C optimizados.
Sinterización de fase líquida
- Ayudas de sinterización: Al₂o₃-y₂o₃ forma una fase líquida de bajo punto de fusión (Yag).
- Ventajas:
- Temperatura de sinterización inferior (~ 1850 ° C).
- Microestructura de grano fino para mejorar la dureza.
Propiedades y ventajas clave
PS-SIC supera a otras cerámicas en métricas críticas:
| Propiedad | PS-SIC | Sic unido por reacción | Alúmina |
|---|---|---|---|
| Densidad (g/cm³) | 3.10–3.18 | 3.05–3.15 | 3.5 |
| Resistencia a la flexión (MPa) | 400–550 | 350–500 | 350 |
| Tenacidad a la fractura | 4.0–6.4 MPa · M¹/² | 4.0–5.0 MPa · m¹/² | 2.8–4.5 MPa · m¹/² |
| Costo (USD/kg) | 350–400 | 700–800 | 70–80 |
Ventajas únicas:
- Flexibilidad de forma: Compatible con prensado en seco, fundición deslizante, y fría prensado isostático.
- Estabilidad a alta temperatura: Retiene resistencia hasta 1600 ° C.
Aplicaciones en todas las industrias
A. Protección balística
- Utilizado en placas de armadura livianas debido a una alta relación de dureza a densidad.
- Diseños de múltiples capas (p.ej., Sic + polietileno) mejorar la resistencia al impacto.
B. Componentes industriales
- Anillos de sello y rodamientos: Resistente al desgaste en entornos corrosivos.
- Equipo semiconductor: Sic de alta pureza para manejo de obleas.
C. Energía y medio ambiente
- Intercambiadores de calor: Resistir temperaturas extremas en reactores nucleares.
- Filtros: Para la purificación de metales fundidos.
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