O carburo de silício (SiC) é um material cerâmico de alto desempenho com amplas aplicações nas indústrias mecânica, eletrônica e energética.e propriedades eletrónicas tornam o SiC indispensável nos campos tecnológicos avançadosEste artigo aprofundará os vários métodos de fabrico de SiC, analisará as suas vantagens e desvantagens,e ajudar os leitores a selecionar o tipo de SiC mais adequado com base nas suas necessidades de aplicaçãoAtravés de uma análise abrangente dos materiais de SiC, pretendemos fornecer aos engenheiros e pesquisadores orientações precisas para a selecção de materiais.

Métodos de fabrico do carburo de silício

O método de fabricação do carburo de silício afeta diretamente seu desempenho, incluindo pureza, densidade, resistência e resistência à corrosão.cada um com características específicas adequadas a diferentes requisitos de engenharia.

1Carbono de Silício Sinterizado (SSiC)

Processo de Fabricação:
O carburo de silício sinterizado é produzido compactando pó fino de carburo de silício a temperaturas extremamente elevadas (normalmente acima de 2000 °C) até que as partículas se fundam para formar um material denso.

Características:

• Alta pureza (> 99%) e densidade completa, com resistência e dureza excepcionais.

• Excelente resistência ao desgaste e à corrosão, tornando-o ideal para ambientes de trabalho adversos.

Aplicações:
O SiC sinterizado é amplamente utilizado em componentes mecânicos, como vedações de bombas, rolamentos, válvulas e outras peças que precisam suportar alta pressão, alta temperatura e ambientes químicos agressivos.

2Carbono de silício ligado por reação (RBSC)

Processo de Fabricação:
O carburo de silício ligado por reação é feito misturando o pó de carburo de silício com uma fonte de carbono (como o grafite), seguido de infiltração com silício fundido.O silício reage com o carbono para formar mais carburo de silício, ligando as partículas originais.

Características:

• Contém uma certa proporção de silício livre (normalmente 8-15%), o que resulta numa resistência ligeiramente inferior ao SiC sinterizado.

• Mais rentável e adequado para produção em larga escala, capaz de formar formas complexas.

Aplicações:
O RBSC é ideal para componentes usados em ambientes onde a temperatura é inferior a 1414 ° C e as condições químicas são menos severas.

3Deposição química de vapor (CVD) SiC

Processo de Fabricação:
O carburo de silício CVD é produzido por reacção de precursores gasosos a altas temperaturas para depositar uma camada de carburo de silício extremamente puro num substrato.

Características:

• Oferece uma pureza e densidade extremamente elevadas, capazes de formar camadas de material ultrafinas.

• O custo de fabricação é relativamente elevado, tornando-o adequado para aplicações que exigem alta pureza e desempenho dos materiais.

Aplicações:
O CVD SiC é comumente utilizado como material de substrato na indústria de semicondutores e em aplicações aeroespaciais, como bicos de motores de foguetes, onde altas temperaturas, altas pressões,e uma elevada estabilidade química são necessárias.

4Carbono de silício ligado a nitritos (NBSC)

Processo de Fabricação:
O NBSC é um material composto formado pela combinação de carburo de silício e nitruro de silício, que confere uma estrutura de poros única que fornece excelente resistência ao choque térmico.

Características:

• Contém porosidade intencional, dando ao material uma excelente resistência ao choque térmico, mas uma menor resistência mecânica.

• Adequado para aplicações expostas a alterações rápidas de temperatura.

Aplicações:
O NBSC é comumente usado em aplicações de alta temperatura, como móveis de fornos e componentes de fornos, onde a resistência ao choque térmico é crítica.

Compensações na EscolhaMateriais de carburo de silício

Diferentes métodos de fabricação levam a variações na pureza, resistência, resistência à corrosão e outras propriedades do carburo de silício.A selecção do tipo de SiC adequado depende de vários factores, que são descritos a seguir:

1.Equilibrar a pureza e o custo

O SiC CVD e o SiC sinterizado oferecem uma pureza extremamente elevada, o que é essencial para aplicações de semicondutores e ambientes químicos extremos.Limitar a sua utilização em projectos sensíveis aos custosO SiC ligado por reação (RBSC), embora de menor pureza, fornece uma alternativa mais rentável, adequada para aplicações onde não é necessária uma pureza extrema.

2.Impacto do Silício Livre

O silício livre presente no SiC ligado por reação é uma característica notável que pode reduzir o desempenho do material a altas temperaturas.limitando assim a temperatura máxima de funcionamento das peças RBSCAlém disso, o silício livre é mais suscetível à corrosão química em comparação com o próprio carburo de silício, tornando-o menos adequado para ambientes químicos agressivos.

3.Considerações sobre porosidade e densidade

Materiais de alta densidade, como o SiC sinterizado e o SiC CVD, normalmente oferecem propriedades mecânicas superiores e melhor resistência à corrosão.fornecem uma melhor resistência ao choque térmico, mas têm uma resistência geral menor, tornando-os mais adequados a aplicações específicas como suportes de elementos de aquecimento e peças de fornos.

Aplicações do carburo de silício

O carburo de silício encontra amplo uso em vários campos, particularmente em aplicações que exigem alta temperatura, alta resistência e alta resistência à corrosão.Abaixo estão algumas das aplicações típicas:

• Indústria de semicondutores: Devido às suas excelentes propriedades eletrónicas, o SiC, em especial o 4H-SiC, é utilizado em semicondutores de alta potência e tecnologias LED, que operam em ambientes de alta frequência e alta temperatura.

• Segamentos mecânicos e componentes de bombas: O SiC sinterizado, com sua excelente resistência ao desgaste e à corrosão, é amplamente utilizado em vedações de bombas, rolamentos e outros componentes mecânicos que exigem alta durabilidade.

• Aeronáutica: O SiC CVD, com a sua elevada pureza e estabilidade térmica, é frequentemente utilizado em aplicações aeroespaciais, como bicos de motores de foguetes, onde se encontram condições extremas.

• Equipamento de alta temperatura: O SiC ligado a nitritos (NBSC) tem um bom desempenho em aplicações que envolvem ciclos térmicos rápidos, como móveis de fornos e componentes de fornos.

Conclusão

O carburo de silício é um material de alto desempenho com vários métodos de fabricação, cada um oferecendo propriedades físicas e químicas distintas.Escolher o tipo certo de SiC envolve equilibrar fatores como a pureza, resistência à corrosão e custo. Compreendendo os diferentes métodos de fabrico e suas aplicações,Os engenheiros podem tomar decisões informadas sobre a seleção de materiais para otimizar o desempenho e reduzir os custos em aplicações específicas.