El carburo de silicio es un material cerámico extremadamente duro y elástico con una excelente resistencia, tenacidad a altas temperaturas y resistencia a la oxidación. Para su producción, se presenta en forma sinterizada y aglomerada por reacción.
El carburo de silicio sinterizado (SSiC) se produce prensando y sinterizando polvo de sílice. El SSiC se caracteriza por sus bajas temperaturas de sinterización, su facilidad de conformado y sus excepcionales propiedades mecánicas, que le confieren claras ventajas frente a otros materiales de la competencia.
Deposición química de vapores
El depósito químico en fase vapor (CVD) emplea gases que fluyen para formar películas finas de alta calidad que pueden utilizarse para crear materiales sólidos y revestimientos, grabar y formar dispositivos microelectrónicos.
El CVD hace referencia a una familia de procesos, que incluye el CVD térmico rápido, el depósito químico en fase vapor potenciado por plasma y el depósito químico en fase vapor inducido por láser. Cada uno de ellos utiliza un gas precursor para depositar sólidos en las superficies de los sustratos, mientras que los distintos procesos utilizan diversos métodos para iniciar las reacciones e iniciar las reacciones de solidificación.
El CVD térmico rápido utiliza lámparas de calentamiento para precalentar el gas precursor antes de que llegue a la superficie de la oblea, lo que ayuda a reducir las reacciones no deseadas en fase gaseosa y las reacciones gaseosas.
Otro método para producir CVD-b-SiC consiste en insertar un deflector de grafito 102 antes de la caja del mandril. Esta técnica precalienta los reactivos, aumentando su velocidad de barrido en las paredes del mandril, y produciendo depósitos de b-SiC densos y de buena calidad que se muestran en las FIGS. 3a y 3b. También pueden colocarse otros deflectores antes y después de la caja del mandril para maximizar los resultados de deposición y proporcionar un recubrimiento más uniforme y conforme de b-SiC sobre sustratos de forma irregular. Este material es altamente conductor, química y oxidativamente estable, duro, resistente a los arañazos y teóricamente muy denso - características que lo hacen adecuado para muchas aplicaciones de materiales especializados, incluyendo barquillas y muebles para el procesamiento de semiconductores, estructuras de telescopios ópticos y efectores finales utilizados durante la limpieza de bancos húmedos.
Sinterización sin presión
La sinterización es el proceso de unir o reorganizar partículas de polvo cerámico o metálico en una estructura integrada, normalmente mediante prensado en caliente, sinterización por reacción y sinterización sin presión. Durante siglos, esta técnica se ha empleado para fabricar casi todas las formas de objetos cerámicos y metálicos, incluidas piezas estructurales de acero, filtros metálicos porosos para aplicaciones de filtrado, cableado de tungsteno para cojinetes autolubricantes y materiales eléctricos, entre muchos otros. Los procesos de fabricación suelen incluir el prensado en caliente, la sinterización por reacción o la sinterización sin presión.
El carburo de silicio sinterizado puede beneficiarse enormemente de la sinterización sin presión como forma eficaz de mejorar sus propiedades mecánicas, en particular su resistencia a la temperatura y su resistencia a la flexión. La reducción del crecimiento del grano durante la sinterización contribuye a este resultado, mientras que el aumento de la resistencia a la tracción conduce a una mayor durabilidad y vida útil del material.
El sinterizado sin presión ofrece varias ventajas claras sobre otros procesos, incluida su capacidad para crear formas complejas con dimensiones precisas. Esto hace que el proceso de sinterizado sin presión sea ideal para fabricar productos únicos que serían difíciles o imposibles de crear por otros medios, lo que lo hace especialmente adecuado para aplicaciones de alto rendimiento como componentes de sellado de cara dura y trabajos a alta temperatura.
Prensado en caliente
El prensado en caliente es un método eficaz y rentable de producir rápidamente componentes de carburo de silicio de gran tamaño y formas complejas, como juntas para bombas con aplicaciones exigentes. Durante este proceso se aplican simultáneamente presión y alta temperatura (hasta 2000 grados C), lo que permite obtener tiempos de producción rápidos con rentabilidad.
Los procesos de sinterización que producen cerámicas compuestas densas de SiC y b-SiC para juntas de gas seco han demostrado ser especialmente eficaces. Uno de estos métodos de sinterización eficaces consiste en mezclar polvo de a-SiC con grafito en determinadas proporciones y calentarlo; durante la sinterización, el polvo de a-SiC penetra en tochos de acero porosos mediante el uso de Si en fase vapor para formar cuerpos densos sin reducción de tamaño y de alta densidad.
Debido a su fuerte enlace covalente de Si-C, el carburo de silicio presenta bajas tasas de autodifusión durante los procesos de sinterización. Como tal, su fuerza motriz para producir carburo de silicio de alta densidad es considerablemente menor que la de otros materiales cerámicos, y la investigación de métodos de sinterización y aditivos adecuados se ha convertido en un objetivo primordial en este campo.
La caracterización de la microestructura de las muestras sinterizadas implica el empleo de patrones de DRX y análisis de difracción de electrones de área seleccionada (SAED) para caracterizar su microestructura. Determinamos una relación 83:17 en términos de temperatura de sinterización.
Sinterización por reacción
La sinterización por reacción de carburo de silicio sinterizado (RSSiC) es un proceso en el que el silicio líquido se infiltra en preformas porosas de carbono o grafito mediante la infiltración de silicio fundido, produciendo una cerámica que presume de alta resistencia, excelente resistencia al desgaste y estabilidad térmica, junto con una resistencia superior a la oxidación, la corrosión y el grabado, así como buenas propiedades eléctricas. La densidad del RSSC depende de su relación silicio/carbono, que en última instancia determina la dureza.
La sinterización implica movimientos de masas dentro de una microestructura porosa que reducen la porosidad total mediante el reempaquetamiento y el transporte a lo largo de los límites cristalinos para suavizar las paredes de los poros, disminuyendo así el tamaño de grano y dando lugar a estructuras matriciales densas de grano fino con estructuras uniformes.
El sinterizado por reacción permite producir piezas sinterizadas de carburo de silicio de gran tamaño y formas complejas con formas casi netas y alta precisión, utilizando temperaturas más bajas y tiempos más cortos en comparación con los métodos tradicionales de sinterizado. Sin embargo, no debe utilizarse en entornos con fuertes influencias oxidantes o corrosivas, ya que este proceso puede causar una penetración insuficiente del silicio y un crecimiento anormal del grano, lo que en última instancia disminuye las propiedades mecánicas de los materiales sinterizados. Los procesos de sinterización dependen en gran medida de la consistencia de los polvos de partida y deben gestionarse cuidadosamente para obtener una contracción constante de las piezas, reducir la distorsión y producir componentes con una calidad estable. El horno de sinterización al vacío RVS-S puede utilizarse para la sinterización por reacción de productos de SiC para garantizar productos de calidad.
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