Cerâmica de carbeto de silício (SiC)Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, alta condutividade térmica, alta dureza e excelente estabilidade térmica e química, os materiais se tornaram essenciais no campo das cerâmicas estruturais de alta temperatura. Eles 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 contornar esse problema, 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. Este artigo analisa as principais características de cinco cerâmicas de carbeto de silício convencionais.
1. Cerâmicas de SiC sinterizadas sem pressão (S-SiC)
Principais vantagens: Adequado para múltiplos processos de moldagem, baixo custo, sem limitações de forma e tamanho, é o método de sinterização mais fácil para alcançar produção em massa. Adicionando boro e carbono ao β-SiC contendo traços de oxigênio e sinterizando-o sob atmosfera inerte a cerca de 2000 °C, 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 da cerâmica de SiC comum, e o ponto de fratura de uma blindagem protetora cilíndrica leve pode atingir mais de 65 toneladas.
2. Cerâmicas de SiC sinterizadas por reação (RB SiC)
Principais vantagens: Excelente desempenho mecânico, alta resistência, resistência à corrosão e à oxidação; baixa temperatura e custo de sinterização, permitindo a conformação de peças com dimensões próximas às finais. 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 dimensional durante a sinterização é pequena, tornando o processo adequado para a produção industrial de peças com formatos complexos.
Aplicações típicas: Equipamentos para fornos de alta temperatura, tubos radiantes, trocadores de calor, bicos de dessulfurização; Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, alto módulo de elasticidade e características de conformação próxima à forma final, tornou-se um material ideal para refletores espaciais; Também pode substituir o vidro de quartzo como suporte para tubos eletrônicos e equipamentos de fabricação de chips semicondutores.
3. Cerâmicas de SiC sinterizadas e prensadas a quente (HP SiC)
Principal vantagem: Sinterização síncrona sob alta temperatura e alta pressão, na qual o pó encontra-se em estado termoplástico, o que favorece o processo de transferência de massa. Isso permite a produção de peças com grãos finos, alta densidade e boas propriedades mecânicas em temperaturas mais baixas e em menor tempo, atingindo densidade ideal e um estado de sinterização próximo da pureza.
Aplicação típica: Originalmente usado como colete à prova de balas para tripulantes de helicópteros americanos durante a Guerra do Vietnã, o carboneto de boro prensado a quente foi substituído no mercado de blindagem. Atualmente, é utilizado principalmente em aplicações de alto valor agregado, como em setores com exigências extremamente elevadas de controle de composição, pureza e densificação, além de aplicações em indústrias nucleares e que requerem resistência ao desgaste.
4. Cerâmicas de SiC recristalizadas (R-SiC)
Principal vantagem: 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 adequadas, sua conformação e sinterização em atmosfera inerte a 2200~2450 ℃. As partículas finas evaporam e condensam no contato entre as partículas grossas, formando uma cerâmica com dureza comparável apenas à do diamante. O SiC mantém alta resistência mecânica em altas temperaturas, além de resistência à corrosão, à oxidação e ao choque térmico.
Aplicações típicas: mobiliário para fornos de alta temperatura, trocadores de calor, bicos de combustão; nas áreas aeroespacial e militar, é utilizado na fabricação de componentes estruturais de espaçonaves, como motores, aletas de cauda e fuselagem, o que pode melhorar o desempenho e a vida útil dos equipamentos.
5. Cerâmicas de SiC infiltradas com silício (SiSiC)
Principais vantagens: Ideal para produção industrial, com tempo de sinterização curto, baixa temperatura, densidade ideal e sem deformações, 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, porém com melhor densidade e uniformidade do silício livre.
Aplicações típicas: baixa porosidade, boa estanqueidade e baixa resistência são características que contribuem para a eliminação da eletricidade estática, sendo adequadas para a produção de peças grandes, complexas ou ocas, e 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 na área aeroespacial, capaz de suportar cargas em ambientes espaciais e garantir a precisão e a segurança dos equipamentos.
Data da publicação: 02/09/2025