Carburo di silicio legato alla reazione

Il carburo di silicio legato per reazione (RB SiC) si forma infiltrando una preforma di carbonio o grafite porosa con silicio fuso. Sebbene vanti una durezza inferiore rispetto al carburo di silicio sinterizzato, la sua eccellente resistenza all'usura compensa ogni potenziale differenza.

Il materiale composito a matrice metallica (MMC) è ideale anche per la produzione di componenti di usura di grandi dimensioni nell'industria mineraria e in altri settori, grazie alla sua eccellente stabilità alla corrosione e alla temperatura, nonché ai bassi tassi di espansione termica.

Alta resistenza

Il carburo di silicio legato per reazione (RBSC) è un materiale ceramico estremamente resistente. Offre un'eccezionale resistenza alla corrosione acida e all'usura, rendendolo adatto all'uso in tenute meccaniche e cuscinetti, nonché in ambienti ad alta temperatura. Inoltre, la sua resistenza gli consente di sopportare le alte temperature senza subire danni - un ulteriore vantaggio.

La produzione dei componenti RBSC è semplice. Il materiale combina carburo di silicio grossolano, silicio e plastificanti in una pressa di estrusione prima di essere riscaldato e formato nella forma desiderata. Questa reazione consente ai produttori di creare facilmente pezzi grandi o complessi con variazioni minime rispetto alle dimensioni iniziali - di solito non più dell'1% di variazione nel tempo.

Rispetto al carburo di silicio sinterizzato, l'RBSC offre una resistenza e una durezza inferiori, ma è più economico da produrre. Inoltre, la resistenza all'usura e agli urti è superiore, così come la resistenza agli shock termici.

Il carburo di silicio si differenzia dalle ceramiche tradizionali perché si forma per reazione chimica piuttosto che per pressatura e sinterizzazione, utilizzando un'efficace combinazione di silicio e carbonio per legarsi in una preforma porosa, creando il SiC. Il SiC è noto per la sua superiore stabilità termica e resistenza alla corrosione e all'ossidazione, oltre che per l'elevata conducibilità termica; per questo trova numerosi impieghi industriali, tra cui l'isolamento termico e i rivestimenti dei forni; anche le applicazioni ad alta temperatura, come le turbine a gas e gli ugelli di combustione, utilizzano componenti in SiC nella produzione.

Stabilità alle alte temperature

Il carburo di silicio legato per reazione può essere prodotto come materiale estremamente tenace e resistente all'abrasione, il che lo rende perfetto per applicazioni che comportano pressioni o temperature estreme. Inoltre, l'RB SiC è termicamente stabile, il che significa che non subisce deformazioni o degradazioni anche a temperature estreme.

La stabilità alle alte temperature di RB SiC deriva in gran parte dalla sua chimica. La dissoluzione chimica del silicio avviene in siti noti come "kink atoms" (struttura A nella Figura 28), dove ogni atomo di silicio non può formare quattro legami con altri atomi di silicio nel reticolo cristallino; invece, questi siti unici formano legami con i ligandi OH o H delle molecole circostanti, fino a evolvere gradualmente nelle strutture B e C nel corso del tempo.

Questo processo utilizza tipicamente la reazione tra silicio e carbonio come liquido di infiltrazione e l'acqua come liquido di infiltrazione, ed è una fase essenziale nella produzione di RB SiC, con parametri che includono la morfologia della preforma porosa e la temperatura di fusione, studiati come fattori chiave.

Questa ricerca ha portato allo sviluppo di un processo innovativo per la fabbricazione di RB SiC con elevata porosità ed eccellente stabilità dimensionale, con un risparmio di tempo e di costi rispetto alle tecniche tradizionali di formatura della ceramica. Questo metodo è particolarmente vantaggioso per la produzione di componenti antiusura di grandi dimensioni per l'industria mineraria o altri settori.

Resistenza agli shock termici

Il carburo di silicio legato per reazione offre un'eccellente resistenza agli shock termici, ovvero può sopportare rapide fluttuazioni di temperatura senza deformarsi. Per questo motivo, è perfetto per ambienti come le turbine a gas e i reattori nucleari, dove le temperature di esercizio sono elevate.

L'RB SiC è prodotto iniettando silicio liquido in una preforma porosa di carbonio o grafite. Rispetto al carburo di silicio sinterizzato (SSiC), presenta una durezza inferiore ma un costo di produzione inferiore; la sua permeabilità ai gas e ai liquidi lo rende inoltre più traspirante della sua controparte SSiC; la sua resistenza all'usura e alla corrosione gli consente di sopportare condizioni estreme, come l'abrasione da scorrimento e le alte temperature di servizio.

Le ceramiche porose di SiC legate alle fibre e quelle legate alla reazione in situ hanno dimostrato un'eccellente forza di ritenzione quando sono state sottoposte a shock termico; entrambi i materiali sono riusciti a mantenere oltre 90% della loro forza di flessione iniziale anche dopo un rapido raffreddamento.

Il carburo di silicio (SiC) è una delle ceramiche ingegneristiche più dure, che mantiene la sua durezza anche a temperature estremamente elevate. Grazie alla sua combinazione di tenacità, resistenza al calore e all'usura e peso ridotto, il SiC è un materiale eccellente per le superfici di tenuta e le pompe ad alte prestazioni, nonché per l'inerzia chimica che resiste alla corrosione in ambienti difficili.

Resistenza alla corrosione

Il carburo di silicio legato per reazione (RB SiC) è un eccezionale materiale ceramico con una resistenza meccanica e una stabilità termica superiori. Inoltre, la sua resistenza alla corrosione e all'ossidazione ne consente la produzione in varie forme e dimensioni, rendendo l'RB SiC un componente prezioso in molti contesti industriali come la produzione di energia. Le applicazioni più comuni di questo materiale sono gli ugelli di denitrazione/desolforazione nelle centrali elettriche, i rivestimenti resistenti all'usura utilizzati nelle operazioni minerarie e i componenti utilizzati nei forni per semiconduttori.

RB SiC viene creato infiltrando una preforma di carbonio poroso con silicio liquido e facendolo reagire con il carbonio per formare silice aggiuntiva e legare i grani tra loro in modo rapido e sotto controllo della temperatura. Questa reazione consente di ottenere tolleranze precise, poiché non si ritira durante l'infiltrazione: ciò significa che è possibile produrre dimensioni elevate e precise senza perdita di integrità.

RB SiC offre un'eccezionale resistenza chimica e può sopportare la corrosione causata dalla maggior parte degli acidi, degli alcali e degli ossidanti. Inoltre, la sua inerzia lo rende una scelta eccellente per l'uso in ambienti difficili; il suo basso coefficiente di espansione termica garantisce la possibilità di sopportare rapidi cambiamenti di temperatura senza subire shock termici.