Carbeto de silício recristalizado: Um material de alto desempenho para aplicações exigentes

O carbeto de silício recristalizado (RSiC) é um material cerâmico de alto desempenho com excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas. Sua combinação exclusiva de propriedades o torna um material ideal para aplicações exigentes em vários setores, incluindo o aeroespacial, o de semicondutores e o automotivo. Neste artigo, exploraremos as propriedades do RSiC, seu processo de fabricação e suas aplicações em vários setores.

Propriedades do carbeto de silício recristalizado
O RSiC é um material cerâmico que consiste em átomos de silício e carbono em uma estrutura de rede cristalina. Ele é formado pela recristalização do pó de carbeto de silício em altas temperaturas (>2200°C) em um vácuo ou atmosfera inerte. O material resultante tem uma densidade de 2,6 g/cm³, uma porosidade inferior a 1% e um alto grau de pureza (>99,5%).

Propriedades mecânicas:
O RSiC tem excelentes propriedades mecânicas, incluindo alta resistência, tenacidade e dureza. Seu módulo de Young é de aproximadamente 400 GPa, superior ao do aço, e sua resistência à fratura é de cerca de 4,5 MPa.m^0.5, superior à da maioria das cerâmicas. Sua dureza é de cerca de 2400 Vickers, o que a torna uma das cerâmicas mais duras conhecidas.

Propriedades térmicas:
O RSiC tem propriedades térmicas excepcionais, incluindo alta condutividade térmica, baixa expansão térmica e excelente resistência ao choque térmico. Sua condutividade térmica é de cerca de 100-150 W/m.K, maior do que a da maioria das cerâmicas e comparável à dos metais. Seu coeficiente de expansão térmica é de cerca de 4,5 x 10^-6/K, o que é baixo em comparação com o de outras cerâmicas. Sua resistência ao choque térmico é atribuída à sua alta condutividade térmica e baixa expansão térmica.

Propriedades elétricas:
O RSiC tem boas propriedades elétricas, incluindo alta resistividade elétrica e baixa perda dielétrica. Sua resistividade elétrica é de cerca de 5 x 10^6 Ω.cm à temperatura ambiente, o que o torna um excelente material isolante. Sua perda dielétrica é menor que 0,01 em frequências de até 1 MHz, o que o torna adequado para aplicações de alta frequência.

Processo de fabricação de carbeto de silício recristalizado:
O processo de fabricação do RSiC envolve várias etapas, incluindo:

Fabricação do corpo verde: O pó de carbeto de silício é misturado com um aglutinante e formado em um corpo verde por prensagem uniaxial ou isostática.

Pré-sinterização: O corpo verde é pré-sinterizado a uma temperatura de cerca de 1650°C para proporcionar resistência e rigidez suficientes para o manuseio.

Modelagem: O corpo verde pré-sinterizado é usinado no formato desejado usando várias técnicas, como corte, retificação e fresagem.

Sinterização final: O corpo verde usinado é aquecido a uma temperatura superior a 2200°C em um vácuo ou atmosfera inerte para recristalizar o pó de carbeto de silício, resultando em um material de RSiC denso e puro.

Aplicações do carbeto de silício recristalizado:
O RSiC tem uma ampla gama de aplicações em vários setores, incluindo:

Aeroespacial: O RSiC é usado como um material leve e de alta resistência em estruturas aeroespaciais, como lâminas de turbina, bicos de foguete e escudos térmicos.

Semicondutores: O RSiC é usado como material de cadinho para a produção de wafers de silício e como material de substrato para o crescimento de filmes de nitreto de gálio (GaN).

Automotivo: O RSiC é usado como material de disco de freio devido à sua alta condutividade térmica e baixa expansão térmica.

Produto químico: O RSiC é usado como material de revestimento em fornos e reatores de alta temperatura no setor químico.

Conclusão:
O carbeto de silício recristalizado é um material cerâmico de alto desempenho com excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas. Sua combinação exclusiva de propriedades o torna um material ideal para aplicações exigentes em vários setores, incluindo o aeroespacial, o de semicondutores e o automotivo. Seu processo de fabricação envolve várias etapas, incluindo a fabricação de corpos verdes, pré-sinterização, modelagem e sinterização final. De modo geral, o RSiC é um material versátil que tem o potencial de revolucionar vários setores e abrir caminho para novas tecnologias.