Cos'è la ceramica in carburo di silicio?

Ceramica in carburo di silicio, comunemente noto comeCeramica sic, sono un materiale versatile con proprietà uniche e una vasta gamma di applicazioni in vari settori.

Composizione materiale di ceramica sic

La ceramica in carburo di silicio è composta principalmente da polvere SIC, che ha due strutture cristalline principali: cubica (β-SIC) ed esagonale (α-SIC). Queste polveri sono miscelate con un legante ceramico appropriato e quindi modellate e sinterizzate per formare il materiale ceramico finale. SIC, noto anche come carburo di silicio, è un composto con forti legami covalenti, che lo rendono estremamente duro e resistente.

Le proprietà principali della ceramica SIC includono:

‌● Elevato punto di fusione‌: Il carburo di silicio ha un punto di fusione estremamente elevato e può resistere agli ambienti ad alta temperatura. I dati specifici sul punto di fusione possono variare da fonti diverse, ma si ritiene generalmente circa 2100 ℃ o superiore. ‌ Alta durezza e alta resistenza‌: la durezza MOHS del carburo di silicio è di circa 9,5 e la durezza Vickers è di circa 2800-3300HV, che è seconda solo a diamante e nitruro di boro e ha estremamentealtoindossare resistenza‌. Allo stesso tempo, la sua resistenza è anche molto alta e può resistere a grandi stress meccanici‌.

‌ ●‌ High conducibilità termica‌: La conduttività termica della ceramica in carburo di silicio è di circa 80-220 W/(M · K), e anche in alcuni ceramici in carburo di silicio sinterizzato senza pressioni, la conducibilità termica può arrivare fino a 100 ~ 120W/M · K, che è molto più elevato rispetto alla tradizionale ceramica di allumina e alumina ceramica. Ciò consente alla ceramica in carburo di silicio di condurre e disperdere rapidamente il calore in ambienti ad alta temperatura, migliorando la stabilità e la vita dell'attrezzatura.

‌‌ ●Buon isolamento elettrico‌: Le ceramiche in carburo di silicio hanno un buon isolamento elettrico, con una tensione di rottura fino a 30 kV/mm, che può effettivamente prevenire la scarica dell'arco e la perdita.

‌‌ ● Stabilità chimica‌: Il carburo di silicio è resistente all'acido e agli alcali, non facile da corrodere, e può funzionare stabilmente in una varietà di media chimici‌.

Metodi di formazione e sinterizzazione

Esistono molti modi e categorie per la formazione di ceramiche in carburo di silicio, principalmente tra cui sinterizzazione a caldo, sinterizzazione senza pressioni, legame di reazione, sinterizzazione della ricristallizzazione, sinterizzazione a microonde e sinterizzazione plasmatica. Diversi metodi di sinterizzazione porteranno a diverse differenze di prestazione dei materiali in carburo di silicio.

‌‌‌ ●Carburo di silicio sinterizzato senza pressione (SSIC): Realizzato in polvere di carburo di silicio puro e aiuti di sinterizzazione senza ossido ad alta temperatura di circa 2000 ° C usando una serie di metodi di formazione (tra cui pressatura a secco ed estrusione).

‌‌‌ ● Reaction Sinterited Silicon Carburo (Sisic): Premix Una quantità adeguata di materiale contenente carbonio in polvere di carburo di silicio e usa la reazione ad alta temperatura del carbonio con silicio residuo in polvere di carburo di silicio per sintetizzare un nuovo tipo di carburo di silicio per formare un denso ceramico in carburo di silicio. Il processo di sinterizzazione della reazione presenta i vantaggi della bassa temperatura di sinterizzazione, del breve tempo di sinterizzazione e della forma netta. È il metodo più efficace per preparare ceramiche in carburo di silicio di grandi dimensioni e di forma complessa.

Problemi comuni nella lavorazione in ceramica in carburo di silicio

Nonostante le sue eccellenti proprietà, le ceramiche in carburo di silicio affrontano ancora sfide significative durante la lavorazione per i seguenti motivi:

‌‌‌ ●Alta durezza‌: La durezza estremamente elevata del carburo di silicio rende difficile tagliare o macinare, causando l'usura tradizionali in metallo rapidamente.

‌‌‌ ●Fragilità: A differenza dei metalli, le ceramiche in carburo di silicio sono fragili e si rompono facilmente sotto impatto o pressione, complicando i metodi di taglio tradizionali.

‌‌ ●Conducibilità termica‌: Mentre il carburo di silicio è utile in molte applicazioni, la sua alta conducibilità termica può concentrare il calore durante la lavorazione, causando la rottura o la deformazione del materiale.

‌‌‌ ●Stabilità chimica‌: La resistenza del carburo di silicio alla maggior parte dei prodotti chimici complica la selezione di strumenti e refrigeranti e i materiali specializzati possono essere necessari per evitare reazioni avverse.

Scenari di applicazione specifici di ceramica in carburo di silicio (SIC Ceramic) ‌

1. ‌Semiconductor ed Electronics Industry‌

‌‌‌ ●Componenti chiave dell'attrezzatura a semiconduttore‌: La ceramica SIC viene utilizzata per produrre dischi di macinazione, ventose, barche di wafer e infissi per apparecchiature a semiconduttore. A causa della loro elevata purezza, resistenza alla corrosione chimica e alta precisione, sono adatti per la produzione di chip e i processi di imballaggio‌. ‌

‌‌ ● ​​Dispositivi di alimentazione ad alta frequenza‌: Poiché substrati o materiali di imballaggio per dispositivi di alimentazione ad alta frequenza, l'elevata conduttività termica e la resistenza ad alta temperatura della ceramica SIC possono migliorare le prestazioni di comunicazioni wireless, radar e altre attrezzature.

‌‌‌ ●Potenza elettronica componenti‌: Utilizzato per produrre moduli di potenza, condensatori e induttori, possono mantenere un funzionamento stabile in ambienti ad alta temperatura e ad alta tensione.

2. ‌Aerospace e campi ad alta temperatura‌‌

‌‌ ● ​​Componenti ad alta temperatura del motore‌: Le ceramiche SIC sono utilizzate nelle camere di combustione a motori a razzo, le lame di turbina e le palette guidano per ridurre il peso migliorando al contempo la resistenza ad alta temperatura (> 1600 ℃).

‌‌‌ ●Sistema di protezione termica‌: Come materiale di protezione termica per i veicoli spaziali, può resistere a temperature elevate estreme e shock del flusso d'aria durante il volo ad alta velocità.

‌‌ ● ​​‌ mobili per forno ad alta temperatura‌: Nelle industrie metallurgiche e ceramiche, i mobili del forno come travi e rulli SIC possono resistere a ambienti ad alta temperatura (come 1300-1600 ℃) a lungo, migliorando l'efficienza della produzione.

3. ‌ Ambienti resistenti alla corrosione e resistenti alla corrosione‌ ‌

‌‌ ●Ugelli di desolforazionee reattori‌: La resistenza acida e alcali della ceramica SIC lo rende un materiale ideale per i sistemi di desolfurizzazione e i reattori chimici, con una vita di servizio che supera di gran lunga quella delle parti metalliche.

‌‌ ●Pompe magnetiche e pompe schermate: Componenti di tenuta chiave come anelli di tenuta e cuscinetti utilizzati per trasportare supporti corrosivi per evitare perdite e usura.

4. Campi di macchinari ed energia

‌‌ ●Sigilli ad alte prestazioni: Anelli di sigillatura in ceramica sicEsegui bene in condizioni difficili (come ad alta pressione e ad alta velocità) e sono ampiamente utilizzati nei sistemi di tenuta petrolchimica e meccanica.

‌‌ ●Energia nucleare e nuova energia: Come materiale strutturale o elettrodo a celle a combustibile del reattore nucleare, la resistenza alle radiazioni di SIC e la resistenza ad alta temperatura possono migliorare la sicurezza delle attrezzature.

‌‌ ●Energia solare e scambiatori di calore: Utilizzato per l'incapsulamento delle celle solari o gli scambiatori di calore ad alta temperatura per migliorare l'efficienza di conversione dell'energia e la resistenza alle intemperie.

5. Industrie tradizionali e scopi speciali

‌‌ ●Abrasivi e strumenti di elaborazione: Ruote di macinazione SIC, cinture abrasive, ecc. Vengono utilizzate per la lavorazione di precisione di metalli, vetro e ceramica, in particolare per la macinatura in carburo cementato e vetro ottico.

‌‌ ●Materiali refrattari e metallurgia: Come fodere per il forno, mestoli di ferro e materiali cellulari elettrolitici, riducono l'erosione del metallo fuso sulle apparecchiature.

‌‌ ●‌ Industria automotiva‌: Utilizzato nella produzione di sistemi di freni, turbocompressori e componenti del motore per migliorare la resistenza all'usura e l'efficienza termica‌.

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