Ceràmica de carbur de silici (SiC)s'han convertit en el material principal en el camp de la ceràmica estructural d'alta temperatura a causa del seu baix coeficient d'expansió tèrmica, alta conductivitat tèrmica, alta duresa i excel·lent estabilitat tèrmica i química. S'utilitzen àmpliament en camps clau com l'aeroespacial, l'energia nuclear, l'exèrcit i els semiconductors.
Tanmateix, els enllaços covalents extremadament forts i el baix coeficient de difusió del SiC dificulten la seva densificació. Amb aquesta finalitat, la indústria ha desenvolupat diverses tecnologies de sinterització, i les ceràmiques de SiC preparades mitjançant diferents tecnologies presenten diferències significatives en la microestructura, les propietats i els escenaris d'aplicació. A continuació, es presenta una anàlisi de les característiques principals de cinc ceràmiques de carbur de silici convencionals.
1. Ceràmica de SiC no sinteritzada a pressió (S-SiC)
Avantatges principals: Apte per a múltiples processos de modelat, baix cost, no limitat per la forma ni la mida, és el mètode de sinterització més fàcil per aconseguir la producció en massa. Afegint bor i carboni a β-SiC que conté traces d'oxigen i sinteritzant-lo sota una atmosfera inert a uns 2000 ℃, es pot obtenir un cos sinteritzat amb una densitat teòrica del 98%. Hi ha dos processos: fase sòlida i fase líquida. El primer té una densitat i puresa més elevades, així com una alta conductivitat tèrmica i resistència a altes temperatures.
Aplicacions típiques: producció en massa d'anells de segellat i coixinets lliscants resistents al desgast i a la corrosió; a causa de la seva alta duresa, baixa gravetat específica i bon rendiment balístic, s'utilitza àmpliament com a blindatge a prova de bales per a vehicles i vaixells, així com per protegir caixes fortes civils i vehicles de transport d'efectiu. La seva resistència a múltiples cops és superior a la ceràmica de SiC ordinària, i el punt de fractura de l'armadura protectora lleugera cilíndrica pot arribar a superar les 65 tones.
2. Ceràmica de SiC sinteritzada per reacció (RB SiC)
Avantatges principals: Excel·lent rendiment mecànic, alta resistència, resistència a la corrosió i resistència a l'oxidació; Baixa temperatura i cost de sinterització, capaç de formar una mida gairebé neta. El procés consisteix a barrejar una font de carboni amb pols de SiC per produir un lingot. A altes temperatures, el silici fos s'infiltra al lingot i reacciona amb el carboni per formar β-SiC, que es combina amb l'α-SiC original i omple els porus. El canvi de mida durant la sinterització és petit, cosa que el fa adequat per a la producció industrial de productes de formes complexes.
Aplicacions típiques: equips de forn d'alta temperatura, tubs radiants, intercanviadors de calor, broquets de dessulfuració; A causa del seu baix coeficient d'expansió tèrmica, alt mòdul elàstic i característiques de formació gairebé neta, s'ha convertit en un material ideal per a reflectors espacials; També pot substituir el vidre de quars com a suport per a tubs electrònics i equips de fabricació de xips semiconductors.
3. Ceràmica de SiC sinteritzada premsada en calent (HP SiC)
Avantatge principal: Sinterització síncrona a alta temperatura i alta pressió, la pols es troba en un estat termoplàstic, cosa que afavoreix el procés de transferència de massa. Pot produir productes amb grans fins, alta densitat i bones propietats mecàniques a temperatures més baixes i en un temps més curt, i pot aconseguir una densitat completa i un estat de sinterització gairebé pur.
Aplicació típica: Originalment utilitzat com a armilles antibales per a membres de la tripulació d'helicòpters nord-americans durant la guerra del Vietnam, el mercat de les blindatges va ser substituït pel carbur de bor premsat en calent; Actualment, s'utilitza principalment en escenaris d'alt valor afegit, com ara camps amb requisits extremadament alts de control de la composició, puresa i densificació, així com camps resistents al desgast i de la indústria nuclear.
4. Ceràmica de SiC recristal·litzada (R-SiC)
Avantatge principal: No cal afegir ajudes de sinterització, és un mètode comú per preparar dispositius de SiC de gran puresa i grans dimensions. El procés consisteix a barrejar pols de SiC gruixudes i fines en proporció i formar-les, sinteritzant-les en una atmosfera inert a 2200~2450 ℃. Les partícules fines s'evaporen i condensen en contacte entre les partícules gruixudes per formar ceràmica, amb una duresa només superada pel diamant. El SiC conserva una alta resistència a altes temperatures, resistència a la corrosió, resistència a l'oxidació i resistència al xoc tèrmic.
Aplicacions típiques: Mobles de forn d'alta temperatura, intercanviadors de calor, broquets de combustió; En els camps aeroespacial i militar, s'utilitza per fabricar components estructurals de naus espacials com ara motors, aletes posteriors i fuselatge, que poden millorar el rendiment i la vida útil dels equips.
5. Ceràmica de SiC infiltrada en silici (SiSiC)
Avantatges principals: Més adequat per a la producció industrial, amb un temps de sinterització curt, baixa temperatura, totalment dens i no deformat, compost de matriu de SiC i fase de Si infiltrada, dividit en dos processos: infiltració de líquid i infiltració de gas. Aquest últim té un cost més elevat però una millor densitat i uniformitat del silici lliure.
Aplicacions típiques: la baixa porositat, la bona hermeticitat i la baixa resistència afavoreixen l'eliminació de l'electricitat estàtica, són adequades per produir peces grans, complexes o buides, àmpliament utilitzades en equips de processament de semiconductors; A causa del seu alt mòdul elàstic, lleugeresa, alta resistència i excel·lent hermeticitat, és el material d'alt rendiment preferit en el camp aeroespacial, que pot suportar càrregues en entorns espacials i garantir la precisió i la seguretat dels equips.
Data de publicació: 02-09-2025