Cerâmicas de carboneto de silício (SiC)tornaram-se o material principal na área de cerâmicas estruturais de alta temperatura devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica, alta dureza e excelente estabilidade térmica e química. São amplamente utilizados em áreas-chave como aeroespacial, energia nuclear, militar e semicondutores.
No entanto, as ligações covalentes extremamente fortes e o baixo coeficiente de difusão do SiC dificultam sua densificação. Para tanto, a indústria desenvolveu diversas tecnologias de sinterização, e as cerâmicas de SiC preparadas por diferentes tecnologias apresentam diferenças significativas em microestrutura, propriedades e cenários de aplicação. Aqui está uma análise das principais características de cinco cerâmicas de carboneto de silício convencionais.
1. Cerâmicas de SiC não sinterizadas por pressão (S-SiC)
Principais vantagens: Adequado para múltiplos processos de moldagem, baixo custo, sem limitações de formato e tamanho, é o método de sinterização mais fácil de alcançar a produção em massa. Adicionando boro e carbono ao β-SiC contendo traços de oxigênio e sinterizando-o sob atmosfera inerte a cerca de 2000 ℃, obtém-se um corpo sinterizado com densidade teórica de 98%. Existem dois processos: fase sólida e fase líquida. O primeiro apresenta maior densidade e pureza, além de alta condutividade térmica e resistência a altas temperaturas.
Aplicações típicas: Produção em massa de anéis de vedação e mancais deslizantes resistentes ao desgaste e à corrosão; devido à sua alta dureza, baixa densidade e bom desempenho balístico, é amplamente utilizado como blindagem à prova de balas para veículos e navios, bem como para proteger cofres civis e veículos de transporte de valores. Sua resistência a múltiplos impactos é superior à das cerâmicas de SiC comuns, e o ponto de fratura da blindagem cilíndrica leve pode atingir mais de 65 toneladas.
2. Cerâmicas de SiC sinterizadas por reação (RB SiC)
Principais vantagens: Excelente desempenho mecânico, alta resistência mecânica, resistência à corrosão e à oxidação; Baixa temperatura e baixo custo de sinterização, capaz de formar tarugos com tamanho próximo ao líquido. O processo envolve a mistura de uma fonte de carbono com pó de SiC para produzir um tarugo. Em altas temperaturas, o silício fundido infiltra-se no tarugo e reage com o carbono para formar β-SiC, que se combina com o α-SiC original e preenche os poros. A variação de tamanho durante a sinterização é pequena, tornando-o adequado para a produção industrial de produtos com formas complexas.
Aplicações típicas: Equipamentos de forno de alta temperatura, tubos radiantes, trocadores de calor, bicos de dessulfuração; Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, alto módulo de elasticidade e características de formação quase líquida, tornou-se um material ideal para refletores espaciais; Também pode substituir o vidro de quartzo como um acessório de suporte para tubos eletrônicos e equipamentos de fabricação de chips semicondutores.
3. Cerâmicas de SiC sinterizadas prensadas a quente (HP SiC)
Vantagem principal: sinterização sincronizada sob alta temperatura e alta pressão, o pó encontra-se em um estado termoplástico, o que favorece o processo de transferência de massa. Permite a produção de produtos com grãos finos, alta densidade e boas propriedades mecânicas em temperaturas mais baixas e em menos tempo, atingindo densidade completa e um estado de sinterização quase puro.
Aplicação típica: Originalmente usado como coletes à prova de balas para tripulações de helicópteros dos EUA durante a Guerra do Vietnã, o mercado de blindagem foi substituído por carboneto de boro prensado a quente; atualmente, é usado principalmente em cenários de alto valor agregado, como campos com requisitos extremamente altos de controle de composição, pureza e densificação, bem como campos de resistência ao desgaste e da indústria nuclear.
4. Cerâmicas de SiC recristalizadas (R-SiC)
Vantagem principal: Não há necessidade de adicionar auxiliares de sinterização, sendo um método comum para a preparação de dispositivos de SiC de altíssima pureza e grandes dimensões. O processo envolve a mistura de pós de SiC grossos e finos em proporções, moldando-os e sinterizando-os em atmosfera inerte a 2200~2450 ℃. Partículas finas evaporam e condensam no contato entre partículas grossas, formando cerâmicas, com dureza inferior apenas à do diamante. O SiC mantém alta resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, resistência à oxidação e resistência ao choque térmico.
Aplicações típicas: Móveis de fornos de alta temperatura, trocadores de calor, bicos de combustão; Nos campos aeroespacial e militar, é usado para fabricar componentes estruturais de espaçonaves, como motores, aletas de cauda e fuselagem, o que pode melhorar o desempenho e a vida útil do equipamento.
5. Cerâmicas de SiC infiltradas com silício (SiSiC)
Principais vantagens: Mais adequado para produção industrial, com curto tempo de sinterização, baixa temperatura, totalmente denso e não deformado, composto por matriz de SiC e fase de Si infiltrada, dividido em dois processos: infiltração líquida e infiltração gasosa. Este último apresenta custo mais elevado, mas melhor densidade e uniformidade de silício livre.
Aplicações típicas: baixa porosidade, boa estanqueidade e baixa resistência são propícias à eliminação da eletricidade estática, adequadas para a produção de peças grandes, complexas ou ocas, amplamente utilizadas em equipamentos de processamento de semicondutores; Devido ao seu alto módulo de elasticidade, leveza, alta resistência e excelente estanqueidade, é o material de alto desempenho preferido no campo aeroespacial, que pode suportar cargas em ambientes espaciais e garantir a precisão e a segurança do equipamento.
Horário da publicação: 02/09/2025