¿Qué es la cerámica de carburo de silicio?

Cerámica de carburo de silicio, comúnmente conocida comoCerámica sic, son un material versátil con propiedades únicas y una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias.

Composición material de la cerámica sic

La cerámica de carburo de silicio se compone principalmente de polvo SiC, que tiene dos estructuras de cristal principales: cúbica (β-SIC) y hexagonal (α-SIC). Estos polvos se mezclan con una carpeta de cerámica apropiada y luego se moldean y se sinterizan para formar el material cerámico final. SIC, también conocido como carburo de silicio, es un compuesto con fuertes enlaces covalentes, lo que lo hace extremadamente duro y duradero.

Las principales propiedades de la cerámica SIC incluyen:

‌● Alto punto de fusión‌: El carburo de silicio tiene un punto de fusión extremadamente alto y puede soportar entornos de alta temperatura. Los datos específicos del punto de fusión pueden variar de diferentes fuentes, pero generalmente se cree que es de alrededor de 2100 ℃ o superior‌. ‌ Alma dureza y alta resistencia‌: la dureza de los MOHS del carburo de silicio es de aproximadamente 9.5, y la dureza de Vickers es de aproximadamente 2800-3300HV, que es superada por el nitruro de diamantes y boro, y tiene extremadamentealtoResistencia al desgaste‌. Al mismo tiempo, su resistencia también es muy alta y puede soportar un gran estrés mecánico‌.

‌ ●‌ Alta conductividad térmica‌: La conductividad térmica de la cerámica de carburo de silicio es de aproximadamente 80-220W/(m · k), e incluso en una cerámica de carburo de silicio sinterizada sin presión, la conductividad térmica puede ser tan alta como 100 ~ 120w/m · k, que es mucho más alta que la cerámica de alumina tradicional y la nitruro de aluminio cerámica ‌. Esto permite que la cerámica de carburo de silicio realice rápidamente y disperse el calor en entornos de alta temperatura, mejorando la estabilidad y la vida útil del equipo.

‌‌ ●Buen aislamiento eléctrico‌: La cerámica de carburo de silicio tiene un buen aislamiento eléctrico, con un voltaje de descomposición de hasta 30kV/mm, lo que puede evitar efectivamente la descarga de arco y las fugas.

‌‌ ● Estabilidad química‌: El carburo de silicio es resistente al ácido y al álcali, no es fácil de corroerse, y puede funcionar de manera estable en una variedad de medios químicos.

Métodos de formación y sinterización

Hay muchas formas y categorías para formar cerámica de carburo de silicio, principalmente que incluye sinterización de presión caliente, sinterización sin presión, unión de reacción, sinterización de recristalización, sinterización de microondas y sinterización de plasma con chispa. Los diferentes métodos de sinterización conducirán a diferentes diferencias de rendimiento de los materiales de carburo de silicio.

‌‌‌ ●Carburo de silicio sinterizado sin presión (SSIC): Hecho de polvo de carburo de silicio puro y ayudas de sinterización sin óxido a una temperatura alta de aproximadamente 2000 ° C utilizando una serie de métodos de formación (incluido el prensado y extrusión en seco).

‌‌‌ ● Reacción Cárburo de silicio sinterizado (Sisic): Premezcle una cantidad apropiada de material que contiene carbono en polvo de carburo de silicio, y use la reacción a alta temperatura de carbono con silicio residual en polvo de carburo de silicio para sintetizar un nuevo tipo de carburo de silicio para formar un cerámico denso de carburo de silicio de silicio. El proceso de sinterización de reacción tiene las ventajas de baja temperatura de sinterización, tiempo de sinterización corto y forma cercana a la red. Es el método más efectivo para preparar la cerámica de carburo de silicio de gran tamaño y en forma de complejo.

Problemas comunes en el procesamiento de cerámica de carburo de silicio

A pesar de sus excelentes propiedades, la cerámica de carburo de silicio aún enfrenta desafíos significativos durante el procesamiento por las siguientes razones:

‌‌‌ ●Alta dureza‌: La dureza extremadamente alta del carburo de silicio hace que sea difícil cortar o moler, lo que hace que las herramientas de metal tradicionales se desgasten rápidamente.

‌‌‌ ●Fragilidad‌: A diferencia de los metales, la cerámica de carburo de silicio es frágil y se rompen fácilmente bajo impacto o presión, lo que complica los métodos de corte tradicionales.

‌‌ ●Conductividad térmica‌: Si bien el carburo de silicio es útil en muchas aplicaciones, su alta conductividad térmica puede concentrar el calor durante el procesamiento, lo que hace que el material se rompa o se deforma.

‌‌‌ ●Estabilidad química‌: La resistencia del carburo de silicio a la mayoría de los productos químicos complica la selección de herramientas y refrigerantes, y se pueden requerir materiales especializados para evitar reacciones adversas.

Escenarios de aplicación específicos de cerámica de carburo de silicio (cerámica sic) ‌

1. ‌ Industria de semiconductores y electrónica‌

‌‌‌ ●Componentes clave del equipo de semiconductores‌: Las cerámicas SIC se utilizan para fabricar discos de molienda, tazas de succión, barcos de obleas y accesorios para equipos de semiconductores. Debido a su alta pureza, resistencia a la corrosión química y alta precisión, son adecuados para los procesos de fabricación y envasado de chips‌. ‌

‌‌ ● ​​Dispositivos de potencia de alta frecuencia‌: Como sustratos o materiales de empaque para dispositivos de energía de alta frecuencia, la alta conductividad térmica y la resistencia a la alta temperatura de la cerámica SIC pueden mejorar el rendimiento de las comunicaciones inalámbricas, los radares y otros equipos.

‌‌‌ ●Potencia de componentes electrónicos‌: Utilizado para fabricar módulos de potencia, condensadores e inductores, pueden mantener un funcionamiento estable en entornos de alta temperatura y alto voltaje.

2. ‌Laerospacial y de alta temperatura ‌‌

‌‌ ● ​​Componentes de alta temperatura del motor‌: La cerámica SIC se usa en cámaras de combustión de motor de cohetes, cuchillas de turbina y paletas de guía para reducir el peso mientras mejora la resistencia a la alta temperatura (> 1600 ℃).

‌‌‌ ●Sistema de protección térmica‌: Como material de protección térmica para la nave espacial, puede resistir altas temperaturas extremas y choques de flujo de aire durante el vuelo de alta velocidad.

‌‌ ● ​​‌ Muebles de horno de alta temperatura‌: En las industrias metalúrgicas y cerámicas, los muebles de horno, como vigas SIC y rodillos, pueden soportar entornos de alta temperatura (como 1300-1600 ℃) durante mucho tiempo, mejorando la eficiencia de la producción.

3. ‌ ENTRENDOS QUÉNICOS Y RESISTENTES DE CORROSIÓN‌ ‌

‌‌ ●Boquillas de desulfuracióny reactores‌: La resistencia ácida y alcalina de la cerámica SIC lo convierte en un material ideal para sistemas de desulfuración y reactores químicos, con una vida útil que excede la de las piezas metálicas.

‌‌ ●Bombas magnéticas y bombas blindadas: Componentes de sellado clave, como los anillos de sellado y los rodamientos utilizados para transportar medios corrosivos para evitar fugas y desgaste.

4. Machinería y campos de energía

‌‌ ●Sellos de alto rendimiento: Anillos de sellado de cerámica sicdesempeñe bien en condiciones duras (como alta presión y alta velocidad) y se usan ampliamente en sistemas de sellado petroquímico y mecánico.

‌‌ ●Energía nuclear y nueva energía: Como material estructural del reactor nuclear o electrodo de celda de combustible, la resistencia a la radiación de SIC y la alta resistencia a la temperatura pueden mejorar la seguridad del equipo.

‌‌ ●Intercambiadores de energía solar e calor: Utilizado para la encapsulación de células solares o intercambiadores de calor de alta temperatura para mejorar la eficiencia de conversión de energía y la resistencia a la intemperie.

5. Industrias tradicionales y propósitos especiales

‌‌ ●Abrasivos y herramientas de procesamiento: Las ruedas de molienda SIC, las correas abrasivas, etc. se utilizan para el procesamiento de precisión de metales, vidrio y cerámica, especialmente para moler el carburo cementado y el vidrio óptico.

‌‌ ●Materiales refractarios y metalurgia: Como revestimientos de alto horno, cucharones de hierro y materiales de células electrolíticas, reducen la erosión del metal fundido en el equipo.

‌‌ ●‌ Industria automotriz‌: Utilizado en la fabricación de sistemas de frenos, turbocompresores y componentes del motor para mejorar la resistencia al desgaste y la eficiencia térmica‌.

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