Carburo di silicio ricristallizzato

Il carburo di silicio è un materiale sempre più diffuso in tutti i settori industriali grazie alle sue straordinarie proprietà meccaniche ed elettriche, in particolare il basso tasso di espansione termica e le caratteristiche di resistenza. Grazie a queste proprietà, è un candidato ideale per la produzione di specchi per telescopi.

Viene presentato un metodo per produrre carburo di silicio ricristallizzato, che consiste nella riduzione carbotermica. Questo processo riscalda un corpo formato in stampo a 2000 gradi Celsius in due o più ore.

Resistenza alle alte temperature

Il carburo di silicio ricristallizzato (RSiC) è una ceramica tecnica avanzata utilizzata in applicazioni ad alte prestazioni come l'ingegneria aerospaziale. L'RSiC è caratterizzato da eccezionali proprietà chimiche e meccaniche a temperature estreme di utilizzo; la sua microstruttura è costituita da grani simili a piastre interconnesse che gli conferiscono elevata forza, tenacità, resistenza all'usura e basso coefficiente di espansione termica, oltre a buone proprietà di resistenza alla corrosione. È altamente durevole.

Esistono vari metodi per produrre ceramiche SiC dense, tra cui la ricristallizzazione, la sinterizzazione per reazione, la sinterizzazione in fase liquida, la pressatura a caldo e la sinterizzazione isostatica a caldo. Sebbene alcuni di questi processi utilizzino coadiuvanti di sinterizzazione che degradano la purezza della ceramica, tutti i metodi producono ceramiche dense con eccellenti prestazioni termiche in un ampio intervallo di temperature.

Il SiC si distingue dai tradizionali materiali refrattari per la sua forza e resistenza alle alte temperature, che ne aumentano la durata in ambienti difficili, rendendolo perfetto per l'uso nelle applicazioni dell'industria ceramica. Grazie alla sua forza superiore e alla resistenza all'ossidazione, la ceramica SiC densa è la scelta preferita per l'uso come arredamento di forni e supporti per bruciatori a gas, nonché per i filtri antiparticolato diesel; inoltre, può essere trovata anche in armature balistiche ad alte prestazioni per la protezione contro le minacce attuali ed emergenti.

Resistenza alle alte temperature

Il carburo di silicio ricristallizzato (RSiC) è un materiale ceramico refrattario avanzato ad alta temperatura con proprietà superiori di resistenza agli shock termici. Come tale, l'RSiC si trova in applicazioni diverse come bruciatori di gas, filtri antiparticolato diesel, scambiatori termici e scambiatori di calore. Grazie all'eccezionale resistenza chimica e all'ossidazione, nonché alla rigidità che resiste alle fluttuazioni di espansione/contrazione termica, l'RSiC offre numerosi impieghi industriali in cui eccelle.

Oltre a essere un materiale estremamente durevole, l'RSiC vanta un'eccezionale resistenza a temperatura ambiente. Può essere facilmente plasmato in forme complesse, resistendo all'erosione della fiamma e all'attacco delle scorie, nonché all'abrasione e alla piegatura - funge persino da isolante elettrico!

L'RSiC è composto da polvere di carburo di silicio, carbonio e materiale legante mescolati insieme e poi formati in uno stampo per essere sinterizzati ad alte temperature per produrre materiale RSiC puro. Attraverso questo processo, la polvere ricristallizza mentre il materiale legante si disperde lasciando il materiale RSiC puro.

L'RSiC è uno dei principali materiali utilizzati per le applicazioni ad alta temperatura. Grazie alla sua rigidità e alla resistenza alla corrosione e all'ossidazione, è una scelta eccellente per gli arredi del forno, come aste, tavole di copertura e parti di forma speciale. Inoltre, questo materiale può essere realizzato in forme porose con pori aperti che riducono il peso e il consumo di energia, oltre a facilitare la cottura di pezzi di porcellana per un maggiore utilizzo nel forno.

Conducibilità alle alte temperature

Il carburo di silicio vanta un'eccezionale conduttività termica a temperatura ambiente e offre un basso coefficiente di espansione e una resistenza alla corrosione acida, che lo rendono un materiale adatto agli ambienti difficili. Plasmabile in varie forme geometriche, il carburo di silicio resiste facilmente anche alle alte temperature.

Materiali come l'argilla sono comunemente utilizzati per fabbricare componenti per i forni, come cestelli, tavole di copertura e rulli, che riducono il carico sul forno, aumentandone l'utilizzo e riducendo i costi energetici. Inoltre, esistono forme porose che possono adattarsi facilmente a qualsiasi contorno dello spazio interno delle pareti di un forno.

L'RSiC si distingue dai suoi simili ceramici per la purezza chimica e la capacità di mantenere la resistenza alle alte temperature, che lo rendono un materiale ideale per l'uso nei componenti dei forni per semiconduttori. L'eccellente purezza chimica e la capacità di mantenere la resistenza alle alte temperature ne fanno un materiale molto utilizzato per le piastre isolanti dei forni, le palette e i supporti dei vassoi per wafer. Inoltre, questo materiale versatile serve come parti strutturali resistenti all'usura nei forni industriali ad alta temperatura.

La ceramica RSIC è un materiale SiC di elevata purezza con una struttura a rete porosa realizzata mediante un processo di evaporazione-coagulazione e cotta a 2400 °C per la cottura. A differenza della sinterizzazione di polveri, la produzione di RSIC non subisce ritiri durante la fase di infiltrazione; ciò consente di produrre pezzi molto grandi con tolleranze ristrette rispetto alla sinterizzazione di polveri, pur essendo complessivamente meno costosi.

Resistenza all'ossidazione ad alta temperatura

Il carburo di silicio offre un'eccezionale resistenza all'ossidazione ad alte temperature grazie al suo strato protettivo di silice che impedisce all'ossigeno di reagire direttamente con il substrato, noto come cinetica parabolica. Purtroppo, però, il suo processo è complicato da impurità e siti di nucleazione come additivi o cationi che aumentano la formazione di uno strato di ossido viscoso con una maggiore permeabilità all'ossigeno; inoltre, la velocità di ossidazione dipende dalle concentrazioni di cationi presenti sui rivestimenti superficiali.

L'ossidazione del carburo di silicio sinterizzato può essere modellata utilizzando il modello di Deal-Grove, che è applicabile per ambienti umidi e asciutti, compresi film sottili fino a diversi nanometri. Dati cinetici accurati per spessori fino a pochi nanometri sono facilmente disponibili con questo approccio; tuttavia, gli strati sottili non possono essere adattati con curve lineari-paraboliche a causa di dati insufficienti.

Il carburo di silicio sinterizzato senza pressione (PSSiC) è un materiale sempre più popolare per la creazione di ugelli e valvole nell'industria nucleare, spesso esposti a condizioni estreme di abrasione e corrosione ad alta pressione e temperatura. Inoltre, il PSiC può essere utilizzato con grande successo anche come rivestimento di tubi anticorrosivi.

Il SSIC è prodotto a partire da una polvere finissima che contiene additivi per la sinterizzazione, quindi viene lavorato con i tradizionali processi di produzione della ceramica e sinterizzato a 2.000°C per la sinterizzazione. Questa tecnologia consente volumi di produzione di massa a costi ridotti rispetto ai metodi tradizionali.