Carburo de silicio recristalizado: Un material de alto rendimiento para aplicaciones exigentes

El carburo de silicio recristalizado (RSiC) es un material cerámico de alto rendimiento con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas. Su combinación única de propiedades lo convierte en un material ideal para aplicaciones exigentes en diversos sectores, como el aeroespacial, el de los semiconductores y el de la automoción. En este artículo analizaremos las propiedades del RSiC, su proceso de fabricación y sus aplicaciones en diversos sectores.

Propiedades del carburo de silicio recristalizado
El RSiC es un material cerámico formado por átomos de silicio y carbono en una estructura de red cristalina. Se forma recristalizando polvo de carburo de silicio a altas temperaturas (>2200°C) en vacío o en atmósfera inerte. El material resultante tiene una densidad de 2,6 g/cm³, una porosidad inferior a 1% y un alto grado de pureza (>99,5%).

Propiedades mecánicas:
El RSiC tiene excelentes propiedades mecánicas, como una gran resistencia, tenacidad y dureza. Su módulo de Young es de aproximadamente 400 GPa, superior al del acero, y su tenacidad a la fractura es de unos 4,5 MPa.m^0,5, superior a la de la mayoría de los materiales cerámicos. Su dureza es de unos 2.400 Vickers, lo que la convierte en una de las cerámicas más duras conocidas.

Propiedades térmicas:
El RSiC tiene unas propiedades térmicas excepcionales, como una alta conductividad térmica, una baja expansión térmica y una excelente resistencia al choque térmico. Su conductividad térmica es de unos 100-150 W/m.K, superior a la de la mayoría de cerámicas y comparable a la de los metales. Su coeficiente de expansión térmica es de unos 4,5 x 10^-6/K, bajo en comparación con el de otros materiales cerámicos. Su resistencia al choque térmico se atribuye a su alta conductividad térmica y a su baja expansión térmica.

Propiedades eléctricas:
El RSiC tiene buenas propiedades eléctricas, como una alta resistividad eléctrica y una baja pérdida dieléctrica. Su resistividad eléctrica es de unos 5 x 10^6 Ω.cm a temperatura ambiente, lo que lo convierte en un excelente material aislante. Su pérdida dieléctrica es inferior a 0,01 a frecuencias de hasta 1 MHz, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta frecuencia.

Proceso de fabricación del carburo de silicio recristalizado:
El proceso de fabricación de RSiC consta de varias fases:

Fabricación del cuerpo verde: El polvo de carburo de silicio se mezcla con un aglutinante y se forma un cuerpo verde mediante prensado uniaxial o isostático.

Presinterización: El cuerpo verde se presinteriza a una temperatura de unos 1650°C para darle la resistencia y rigidez suficientes para su manipulación.

Conformación: El cuerpo verde presinterizado se mecaniza para darle la forma deseada mediante diversas técnicas, como el corte, el rectificado y el fresado.

Sinterización final: El cuerpo verde mecanizado se calienta a una temperatura de > 2200°C en vacío o atmósfera inerte para recristalizar el polvo de carburo de silicio, lo que da como resultado un material RSiC denso y puro.

Aplicaciones del carburo de silicio recristalizado:
RSiC tiene una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias, entre ellas:

Aeroespacial: El RSiC se utiliza como material ligero y de alta resistencia en estructuras aeroespaciales, como álabes de turbinas, toberas de cohetes y escudos térmicos.

Semiconductores: El RSiC se utiliza como material de crisol para la producción de obleas de silicio y como material de sustrato para el crecimiento de películas de nitruro de galio (GaN).

Automoción: El RSiC se utiliza como material para discos de freno debido a su alta conductividad térmica y baja expansión térmica.

Química: El RSiC se utiliza como material de revestimiento en hornos y reactores de alta temperatura en la industria química.

Conclusión:
El carburo de silicio recristalizado es un material cerámico de alto rendimiento con excelentes propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas. Su combinación única de propiedades lo convierte en un material ideal para aplicaciones exigentes en diversos sectores, como el aeroespacial, el de semiconductores y el de automoción. Su proceso de fabricación consta de varios pasos, como la fabricación del cuerpo en verde, la presinterización, la conformación y la sinterización final. En general, el RSiC es un material versátil con potencial para revolucionar varios sectores y allanar el camino a nuevas tecnologías.