El rendiment superior decarbur de siliciprové de la seva estructura cristal·lina covalent (els àtoms de silici estan estretament units als àtoms de carboni, amb una energia d'enllaç de fins a 432 kJ/mol). Els seus avantatges principals són els següents:
Ultra-duresa i resistència al desgast:Amb una duresa Mohs de 9,2-9,5, només per darrere del diamant, i una microduresa de 2800-3300 HV, la seva resistència al desgast és de 10 a 20 vegades la de l'acer normal, capaç de suportar un fort fregament i impacte, el que el fa adequat per a aplicacions de peces resistents al desgast.
Excel·lent estabilitat-a alta temperatura:Amb un punt de fusió de fins a 2700 graus, es manté estable en ambients d'aire per sota dels 1600 graus sense deformació d'oxidació significativa; el seu coeficient d'expansió lineal és de només 4,5 × 10⁻⁶/grau (20-1000 graus), molt inferior al dels materials metàl·lics, mostrant una excel·lent estabilitat dimensional a altes temperatures.
Forta resistència a la corrosió química:No reacciona amb mitjans corrosius convencionals com àcids, àlcalis i sals a temperatura ambient, només reaccionant lleugerament amb una barreja d'àcid nítric concentrat i àcid fluorhídric a altes temperatures, el que el fa adequat per a ambients químics altament corrosius.
Excel·lent conductivitat tèrmica i propietats elèctriques:La conductivitat tèrmica a temperatura ambient arriba als 120-200 W/(m·K), que és 3-5 vegades la de la ceràmica ordinària i 4-6 vegades la de l'acer, el que resulta en una eficiència de dissipació de calor excepcional. Com a material semiconductor, el seu interval de banda (3,26 eV) és 3 vegades superior al del silici i la seva intensitat de camp elèctric de descomposició és 10 vegades superior al del silici, el que el fa adequat per a dispositius electrònics d'alta tensió i alta freqüència.
Alta resistència mecànica i resistència a l'impacte:La resistència a la flexió a temperatura ambient arriba als 400-500 MPa i la tenacitat a la fractura és de 3-5 MPa·m¹/², mostrant una resistència a l'impacte més forta i menys fragilitat que els materials ceràmics tradicionals.
Tipus bàsics de materials SiC (subdividits per dimensions de classificació)
(1) Classificació per color i puresa (més utilitzada a la indústria)
| Tipus | Component bàsic (puresa de SiC) | Característiques clau | Escenaris d'aplicació típics |
| Carbur de silici negre | 95%-97% | Alta tenacitat, cost moderat | S'utilitza per processar materials de baixa resistència a la tracció (vidre, ceràmica, pedra, ferro colat), fabricar moles i abrasius de sorra. |
| Carbur de silici verd | Major o igual al 97% (alta puresa fins al 99%) | Més duresa, millors propietats d'auto{0}}afilat | Per a mecanitzar materials d'alta-duresa (aliatges durs, aliatges de titani, acer-veloc) i rectificat de precisió (mecanitzat d'ultra-precisió de coixinets, polit de vidre òptic) |
(2) Classificació per estructura cristal·lina (determina les diferències de rendiment)
-SiC (cristall hexagonal):
Fase estable a alta -temperatura (estable per sobre de 1400 graus), la forma principal d'aliatge de carboni de silici industrial, que posseeix una alta duresa i una alta -resistència a la temperatura, adequada per a materials estructurals i components d'alta-temperatura (com ara revestiments de forn, broquets de coets);
-SiC (cristall cúbic):
Fase de baixa-temperatura (estable per sota dels 1400 graus ), sintetitzada mitjançant processos especials, amb una estructura cristal·lina uniforme i un rendiment de semiconductor superior, adequada per a dispositius electrònics i substrats de xip de semiconductors de tercera-generació;
-SiC (cristall cúbic):
Una variant rara de-temperatura baixa, que requereix una puresa extremadament alta, que s'utilitza principalment en la investigació científica i en camps de l'electrònica-de gamma alta.
(3) Classificació per forma de producte (adaptada a diferents escenaris d'aplicació)
Pols:
mida 100-3000 malla, utilitzada en abrasius, matèries primeres ceràmiques idesoxidants metal·lúrgics;
Blocs/Plaques:
S'utilitza en revestiments de forns, suports i components estructurals d'alta temperatura{0};
Productes de ceràmica:
Components modelats com ara anells de segellat, coixinets i tubs de protecció de termoparells;
Hòsties de semiconductors:
Hòsties de cristall únic de SiC d'alta -puresa {{1}, utilitzades en la fabricació de dispositius d'alimentació i dispositius de RF.
Escenaris d'aplicació típics de materials de carbur de silici (subdividits per indústria)
(1) Indústria de maquinària i abrasius
Utilitzant una gran duresa i resistència al desgast, s'utilitza per fabricar moles, discos de tall i abrasius de sorra per al processament de metalls, pedra i vidre;
Produïm anells i coixinets de ceràmica resistents al desgast-, adequats per a maquinària rotativa, com ara bombes d'aigua i vàlvules, amb una vida útil de 5 a 10 vegades la dels segells metàl·lics.
(2) Metal·lúrgia i indústries d'alta-temperatura
Com a components d'alta-temperatura, com ara revestiments de forn, gresols i safates, és adequat per a escenaris d'alta-temperatura per sota dels 1600 graus, com ara la fosa de metalls no-ferrosos i la síntesi de materials semiconductors;
S'utilitza en cel·les d'electròlisi d'alumini i plaques d'arc de forn de pols de zinc, utilitzant la seva resistència a alta -temperatura i resistència a la corrosió per allargar la vida útil de l'equip.
(3) Indústries d'electrònica i semiconductors
Les hòsties de SiC d'alta{0}}puresa -s'utilitzen per fabricar dispositius d'energia d'alta-tensió (com ara inversors de vehicles d'energia nova i inversors fotovoltaics), reduint el consum d'energia i augmentant la densitat de potència;
Com a substrat per a dispositius de radiofreqüència, és adequat per a escenaris d'alta-freqüència, com ara la comunicació 5G i la comunicació per satèl·lit.
(4) Fabricació aeroespacial i-de gamma alta
Fabricació de components d'alta-temperatura, com ara broquets de coets i pales de turbines de gas, que suporten temperatures extremes superiors als 2000 graus i impacte del flux d'aire;
S'utilitza en recobriments d'alta-temperatura per a motors-aeronàutics, millorant la resistència a l'oxidació d'alta-temperatura i la resistència al desgast dels components.
(5) Indústria química
Producció de canonades, vàlvules i intercanviadors de calor-resistents a la corrosió, adequats per transportar i reaccionar àcids forts, àlcalis forts i mitjans d'-alta temperatura;
Com a portador de catalitzador, utilitzant la seva gran superfície específica i estabilitat química per millorar l'eficiència de la reacció catalítica.
Principis de selecció per a diferents tipus de carbur de silici
Selecció basada en "requisits de duresa":
Seleccioneucarbur de silici verdper processar materials-d'alta duresa, icarbur de silici negreper a la tramitació general;
Selecció basada en "escenaris de temperatura":
Seleccioneu -SiC per a peces estructurals d'alta-temperatura superior a 1400 graus i -SiC per a dispositius electrònics;
Selecció basada en "requisits morfològics":
Seleccioneu forma de pols per a abrasius i desoxidants, forma de bloc/placa per a peces estructurals i productes ceràmics per a components de precisió.
