Carboneto de silício ligado por reação

O carboneto de silício é um dos materiais cerâmicos mais duros e duráveis do mercado, oferecendo proteção contra corrosão, desgaste e altas temperaturas.

O carboneto de silício sinterizado por reação é produzido pela reação do carbono poroso com silício líquido ou gasoso e pela infiltração de silício adicional, a fim de criar uma peça cerâmica densa.

Carboneto de silício ligado com nitreto (NB SiC)

O carboneto de silício ligado por nitreto (NB SiC) é um material refratário composto que tem o nitreto de carboneto de silício como fase cerâmica, formando um material forte, resistente e durável. Como um dos materiais de engenharia mais duros disponíveis atualmente, o NB SiC resiste ao desgaste causado por partículas ou superfícies duras. Além disso, sua inércia química permite que ele permaneça resistente à maioria dos ácidos, álcalis e halogenetos, ao mesmo tempo em que é altamente dúctil e capaz de suportar cargas pesadas e impactos.

O carboneto de silício ligado por nitreto pode ser facilmente moldado em formas complexas e precisas por meio do processo de Blasch, o que permite seu uso em aplicações que exigem propriedades refratárias e mecânicas. Além disso, sua tenacidade à fratura supera a do SiC sinterizado, tornando-o adequado para ambientes exigentes que envolvem abrasão e tensões de impacto.

Observe que existem dois métodos para a fabricação de carboneto de silício: ligação por reação e sinterização. Cada método de conformação tem grande impacto na microestrutura do produto final, resultando em propriedades térmicas e mecânicas diferentes daquelas obtidas quando o produto é fabricado exclusivamente por sinterização. A seguir, apresentamos uma descrição resumida de cada uma dessas técnicas de conformação:

O carboneto de silício ligado por reação é formado pela adição de silício líquido a um compactado que contém misturas de SiC e carbono, reagindo com o carbono para formar grãos adicionais de carboneto de silício, ao mesmo tempo em que une os grãos iniciais de SiC. Uma vez formado, esse material pode ser facilmente moldado em diversos formatos e tamanhos, tornando-o adequado para aplicações como acessórios para fornos, vedações mecânicas e estranguladores de controle de fluxo.

O carboneto de silício ligado por nitreto tem sido utilizado há muito tempo em aplicações que exigem resistência à abrasão; no entanto, em testes de resistência à erosão em condições de solo, ele também demonstrou um desempenho excepcional em comparação com produtos de aço sinterizado contendo boro, tanto em solos soltos quanto densos.

InVinCerTM da Blasch

A ligação por reação é uma técnica inovadora utilizada para produzir peças cerâmicas de carboneto de silício de qualquer formato ou tamanho, empregando processos de produção mais econômicos do que os do carboneto de silício sinterizado (SSC). As cerâmicas refratárias fabricadas com essa tecnologia são conhecidas por sua resistência mecânica, resistência à corrosão e resistência a temperaturas extremas — essas qualidades as tornam adequadas para dispositivos de aquecimento, como acessórios para fornos, bem como para componentes sujeitos a desgaste, como vedações e válvulas.

As cerâmicas refratárias produzidas com essa tecnologia são conhecidas por sua resistência superior ao choque térmico. A resistência à flexão e a tenacidade à fratura aumentam com o aumento do teor de sólido do carboneto de silício ligado por reação; esse material se forma devido a uma reação química entre carbono poroso ou grafite e silício fundido; seu principal modo de fratura envolve a fratura intergranular do SiC, bem como a fratura frágil causada por partículas residuais de carbono.

Para obter carboneto de silício sinterizado por reação, primeiro misture pó grosso de carboneto de silício e adjuvantes de sinterização não oxidados antes de aquecer até atingir 2.000 °F. Após essa etapa, técnicas de moagem de precisão podem ser utilizadas para finalizar a mistura.

Como parte do processo de moldagem por gel de carboneto de silício ligado por reação, a proporção entre o álcool furfurílico (FA) e a resina fenólica foi ajustada para facilitar a polimerização e a modificação do tempo de gelificação. Além disso, foram estudados tanto o tempo de gelificação quanto a morfologia dos poros do carbono microporoso; ambos se mostraram fundamentais na criação de estruturas de carboneto de silício ligadas por reação.

As cerâmicas refratárias produzidas com essa tecnologia são conhecidas como RBSC. A Figura 9 mostra os padrões de difração de raios X (XRD) de corpos de SiC/carbono poroso com diferentes teores de sólidos produzidos por meio desse processo; os resultados indicam que aqueles com maior teor de sólidos continham menos Si livre, o que é evidenciado pelo aumento da intensidade dos picos tanto da fase a-SiC quanto da fase b-SiC nessas cerâmicas refratárias.

Calsic® RB

O carboneto de silício ligado por reação (RBSC) é um material cerâmico inovador, que apresenta resistência e dureza excepcionais, além de ser capaz de suportar temperaturas extremas. Devido a essas propriedades, o RBSC é uma excelente opção de material para aplicações em acessórios para fornos, vedações mecânicas e equipamentos de fabricação de semicondutores.

O RB SiC é normalmente produzido pela mistura de pó de SiC com carbono e plastificante em um molde, seguido de queima para remover o plastificante e infusão de silício líquido ou em forma de vapor, que reage com o carbono para formar mais carboneto de silício — o que resulta em um produto extremamente denso e de alto desempenho, com excelente resistência ao desgaste e ao impacto.

A composição, a morfologia e o tamanho das fontes de carbono desempenham um papel fundamental na definição da microestrutura e das propriedades das cerâmicas de SiC por reação de carbonização (RB). De modo geral, quanto maior o teor de carbono na pré-forma, maior será a concentração de SiC de reação de bola na cerâmica final. Além disso, a reatividade desses materiais também exerce grande influência nesse processo: desde a grafite altamente reativa até o carbono microesférico, menos reativo.

O tipo de SiC mais adequado para a sua aplicação dependerá do uso pretendido, como os requisitos de dureza, densidade e resistência à corrosão. Tanto o carboneto de silício ligado por nitreto quanto o ligado por reação oferecem desempenho excepcional em ambientes adversos.

O carboneto de silício sinterizado (SSiC), produzido por meio de prensagem e sinterização, supera o RB SiC em termos de resistência e dureza; no entanto, sua condutividade térmica é menor devido aos processos de sinterização mais complexos, que exigem temperaturas muito mais altas para a produção; além disso, é mais caro devido aos métodos de produção complexos exigidos por esse material – o que torna algumas aplicações inadequadas para essa forma. Felizmente, a Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories pode ajudá-lo a selecionar a cerâmica adequada para sua aplicação com nossa linha completa de produtos resistentes ao desgaste de nível industrial, projetados especificamente para atender a requisitos específicos – ligue hoje mesmo para obter mais informações ou ajuda na escolha da solução ideal para sua aplicação!