El carburo del silicio ha sido el material más se ha empleado para los usos de cerámicas estructurales. Las características tales como expansión térmica relativamente baja, el alto radio fuerza-peso, alta conductividad térmica, dureza, resistencia a la abrasión y a la corrosión, y lo más importantemente, el mantenimiento de la resistencia elástica a temperaturas de hasta 1650 ºC, han conducido a una amplia gama de usos. Además, es posible producir cantidades grandes de polvos puros del carburo del silicio y formas requeridas del componente.
Sistema Material
El carburo del silicio se presenta en una variedad de formas cristalinas polimórficas, generalmente señalada β-SiC para la forma cúbica y α-SiC para las variedades hexagonales y romboédricas. La forma alfa es la más estable a temperaturas sobre 2000 ºC, mientras que el β-SiC cúbico es el producto más común cuando el carburo del silicio se produce en temperaturas más bajas. La mayoría del polvo del carburo del silicio es producido por el proceso de Acheson que implica la reducción de la arena de la silice de pureza elevada que rodea una base eléctricamente calentada del coque del petróleo o del carbón de la antracita. La reacción se realiza a alrededor 2400 ºC durante 36 h donde se forma el α-SiC. Se separa el producto basandose en la pureza (determinada por el color cristalino) y la tierra. Para los usos de cerámica estructurales este material se debe mo ler, a menudo a tamaños submicrométricos, y se debe limpiar químicamente de impurezas. La gran escala de este proceso conduce a un costo relativamente bajo para una materia prima de la pureza tan elevada.
El α-SiC se puede también producir directamente con la pureza deseada por la reacción en fase gaseosa del plasma de especies tal como silano, y el metano. Polvos del β-SiC se pueden producir por la misma reacción en fase gaseosa a una temperatura más baja (1500- 1600 ºC) o por reacciones de la descomposición del polímero.
Tecnología de fabricación
Los carburos del silicio para el uso estructural se pueden clasificar como: sinterizado enlazado por reacción, fase líquida, y de estado sólido sinterizado. El SiC4 enlazado por reacción es un compuesto de una matriz continua de SiC que tiene silicio de 5 a del 20%, y metal que llena el volumen restante. Para formar este material, una preforma del polvo que contenía el carbón agregado como polvo o como el producto de la descomposición de una resina de la fuente del carbón, se infiltra con silicio alrededor 1500 ºC con contacto directo o usando el vapor del silicio. El silicio reacciona con la preforma del carbón para formar una estructura que tiende un puente sobre el SiC. El exceso de sílice restante, llena el espacio de poro residual y da un producto completamente denso que tiene integridad estructural hasta 1370 ºC. El silicio se funde a 1410 ºC. La preforma se puede fabricar por cualquiera de los procesos de cerámica tradicionales. El polvo del carburo del silicio utilizado para la preforma no requiere tamaños de partícula submicrometricos y la pureza de otras formas de SiC denso, aunque preformas realizadas con tamaños de partícula más finos de SiC tienden a dar un producto más fuerte. El sistema enlazado por reacción produce poco cambio dimensional (< 1 %) de la preforma, permitiendo formas grandes y complejas que presentan tolerancias dimensionales ajustadas. Por otra parte, las bajas temperaturas (1500 ºC) empleadas durante el enlazado por reacción, combinada con la flexibilidad de tamaño y pureza del polvo, proporcionan un producto de buena calidad con un coste razonable.
El deseo de una forma de más alta dureza de SiC denso, conveniente para los usos en temperaturas sobre 1300