Ceramica al carburo di silicio (SiC)Sono diventati il materiale di riferimento nel campo delle ceramiche strutturali ad alta temperatura grazie al loro basso coefficiente di dilatazione termica, all'elevata conduttività termica, all'elevata durezza e all'eccellente stabilità termica e chimica. Sono ampiamente utilizzati in settori chiave come l'aerospaziale, l'energia nucleare, il settore militare e i semiconduttori.
Tuttavia, i legami covalenti estremamente forti e il basso coefficiente di diffusione del SiC ne rendono difficile la densificazione. A tal fine, l'industria ha sviluppato diverse tecnologie di sinterizzazione e le ceramiche SiC preparate con diverse tecnologie presentano differenze significative in termini di microstruttura, proprietà e scenari applicativi. Di seguito viene analizzata la caratteristiche principali di cinque ceramiche al carburo di silicio più diffuse.
1. Ceramica SiC non sinterizzata a pressione (S-SiC)
Vantaggi principali: Adatto a molteplici processi di stampaggio, basso costo, non limitato da forma e dimensioni, è il metodo di sinterizzazione più semplice per ottenere una produzione di massa. Aggiungendo boro e carbonio a β-SiC contenente tracce di ossigeno e sinterizzandolo in atmosfera inerte a circa 2000 °C, è possibile ottenere un corpo sinterizzato con una densità teorica del 98%. Esistono due processi: in fase solida e in fase liquida. Il primo ha densità e purezza maggiori, nonché elevata conduttività termica e resistenza alle alte temperature.
Applicazioni tipiche: produzione in serie di anelli di tenuta e cuscinetti radenti resistenti all'usura e alla corrosione; grazie all'elevata durezza, al basso peso specifico e alle buone prestazioni balistiche, è ampiamente utilizzato come blindatura antiproiettile per veicoli e navi, nonché per la protezione di casseforti civili e veicoli per il trasporto di denaro. La sua resistenza ai colpi multipli è superiore a quella delle comuni ceramiche SiC e il punto di frattura della blindatura protettiva leggera cilindrica può superare le 65 tonnellate.
2. Ceramica SiC sinterizzata per reazione (RB SiC)
Vantaggi principali: eccellenti prestazioni meccaniche, elevata resistenza, resistenza alla corrosione e all'ossidazione; bassa temperatura di sinterizzazione e costi ridotti, in grado di formare dimensioni prossime a quelle nette. Il processo prevede la miscelazione di una fonte di carbonio con polvere di SiC per produrre una billetta. Ad alte temperature, il silicio fuso si infiltra nella billetta e reagisce con il carbonio per formare β-SiC, che si combina con l'α-SiC originale e riempie i pori. La variazione dimensionale durante la sinterizzazione è minima, rendendolo adatto alla produzione industriale di prodotti di forma complessa.
Applicazioni tipiche: apparecchiature per forni ad alta temperatura, tubi radianti, scambiatori di calore, ugelli di desolforazione; grazie al suo basso coefficiente di dilatazione termica, all'elevato modulo elastico e alle caratteristiche di formatura quasi netta, è diventato un materiale ideale per i riflettori spaziali; può anche sostituire il vetro di quarzo come elemento di supporto per tubi elettronici e apparecchiature per la produzione di chip semiconduttori.
3. Ceramica SiC sinterizzata pressata a caldo (HP SiC)
Vantaggi principali: sinterizzazione sincrona ad alta temperatura e alta pressione, la polvere si presenta in uno stato termoplastico, che favorisce il processo di trasferimento di massa. È possibile produrre prodotti con grani fini, elevata densità e buone proprietà meccaniche a temperature più basse e in tempi più rapidi, raggiungendo una densità completa e uno stato di sinterizzazione quasi puro.
Applicazione tipica: originariamente utilizzato come giubbotti antiproiettile per i membri dell'equipaggio degli elicotteri statunitensi durante la guerra del Vietnam, il mercato delle armature è stato sostituito dal carburo di boro pressato a caldo; attualmente, viene utilizzato principalmente in scenari ad alto valore aggiunto, come settori con requisiti estremamente elevati di controllo della composizione, purezza e densificazione, nonché settori dell'industria nucleare e antiusura.
4. Ceramica SiC ricristallizzata (R-SiC)
Vantaggio principale: non è necessario aggiungere coadiuvanti di sinterizzazione, è un metodo comune per la preparazione di dispositivi in SiC di grandi dimensioni e ad altissima purezza. Il processo prevede la miscelazione di polveri di SiC grossolane e fini in proporzione e la loro formatura, sinterizzandole in atmosfera inerte a 2200~2450 °C. Le particelle fini evaporano e condensano al contatto tra le particelle grossolane, formando ceramiche con una durezza seconda solo a quella del diamante. Il SiC mantiene un'elevata resistenza alle alte temperature, alla corrosione, all'ossidazione e agli shock termici.
Applicazioni tipiche: mobili per forni ad alta temperatura, scambiatori di calore, ugelli di combustione; nel settore aerospaziale e militare, viene utilizzato per produrre componenti strutturali di veicoli spaziali come motori, alette di coda e fusoliera, che possono migliorare le prestazioni e la durata delle apparecchiature.
5. Ceramica SiC infiltrata di silicio (SiSiC)
Vantaggi principali: particolarmente adatto alla produzione industriale, con tempi di sinterizzazione brevi, bassa temperatura, completamente denso e non deformato, composto da matrice di SiC e fase di Si infiltrata, suddiviso in due processi: infiltrazione liquida e infiltrazione gassosa. Quest'ultima ha costi più elevati ma una migliore densità e uniformità del silicio libero.
Applicazioni tipiche: bassa porosità, buona tenuta all'aria e bassa resistenza favoriscono l'eliminazione dell'elettricità statica, adatto alla produzione di parti grandi, complesse o cave, ampiamente utilizzato nelle apparecchiature di lavorazione dei semiconduttori; grazie al suo elevato modulo elastico, alla leggerezza, all'elevata resistenza e all'eccellente tenuta all'aria, è il materiale ad alte prestazioni preferito nel settore aerospaziale, in grado di sopportare carichi in ambienti spaziali e garantire precisione e sicurezza delle apparecchiature.
Data di pubblicazione: 02/09/2025