Nos últimos anos, os semicondutores compostos de carboneto de silício têm recebido ampla atenção na indústria. No entanto, como um material de alto desempenho, dispositivos eletrônicos (diodos, dispositivos de potência) representam apenas uma pequena parte de suas aplicações. O carboneto de silício também pode ser usado como abrasivo, material de corte, material estrutural, material óptico, suporte de catalisador, etc. Hoje, apresentaremos principalmente cerâmicas de carboneto de silício, que apresentam as vantagens de propriedades químicas estáveis, resistência a altas temperaturas, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão térmica, baixa densidade e alta resistência mecânica. É amplamente utilizado em máquinas químicas, energia e proteção ambiental, semicondutores, metalurgia, defesa nacional e indústrias militares, entre outros.

1. Estrutura e propriedades do carboneto de silício

O carboneto de silício (SiC) contém silício e carbono e é um composto polimórfico típico. Consiste principalmente em duas formas cristalinas: α-SiC (estável em altas temperaturas) e β-SiC (estável em baixas temperaturas). Existem mais de 200 polimorfos, dos quais 3C-SiC de β-SiC e 2H-SiC, 4H-SiC, 6H-SiC e 15R-SiC de α-SiC são particularmente representativos.

Em temperaturas abaixo de 1600 °C, o SiC existe como β-SiC, que pode ser produzido a partir de uma mistura simples de silício e carbono em torno de 1450 °C. Acima de 1600 °C, o β-SiC se transforma lentamente em vários politipos de α-SiC. O 4H-SiC se forma prontamente em temperaturas em torno de 2000 °C; tanto o politipo 6H quanto o 15R requerem temperaturas acima de 2100 °C para se formarem prontamente. O 6H-SiC permanece muito estável mesmo em temperaturas superiores a 2200 °C, tornando-o amplamente utilizado em aplicações industriais. O carboneto de silício puro é um cristal incolor e transparente. O carboneto de silício industrial vem em cores de transparência decrescente, incluindo incolor, amarelo claro, verde claro, verde escuro, azul claro, azul escuro e até mesmo preto. A indústria abrasiva categoriza o carboneto de silício por cor: carboneto de silício preto e carboneto de silício verde. O carboneto de silício incolor a verde-escuro é classificado como carboneto de silício verde, enquanto o carboneto de silício azul-claro a preto é classificado como carboneto de silício preto. Tanto o carboneto de silício preto quanto o carboneto de silício verde são cristais hexagonais de α-SiC. Geralmente, as cerâmicas de carboneto de silício utilizam pó de carboneto de silício verde como matéria-prima.

2. Processo de preparação de cerâmica de carboneto de silício

Cerâmicas de carboneto de silício são produzidas pela britagem, moagem e classificação de matérias-primas de carboneto de silício para obter partículas de SiC com distribuição uniforme de tamanho de partícula. As partículas de SiC são então misturadas com um aditivo de sinterização e um ligante temporário, prensadas em um compacto verde e, em seguida, sinterizadas em alta temperatura. No entanto, devido à alta natureza covalente das ligações Si-C (~88%) e seu baixo coeficiente de difusão, um dos principais desafios no processo de preparação é a dificuldade em atingir a densificação durante a sinterização. Os métodos para a preparação de cerâmicas de carboneto de silício de alta densidade incluem sinterização por reação, sinterização sem pressão, sinterização sem pressão, prensagem a quente, sinterização por recristalização, prensagem isostática a quente e sinterização por plasma de faísca. No entanto, as cerâmicas de carboneto de silício sofrem de baixa tenacidade à fratura, resultando em maior fragilidade. Portanto, nos últimos anos, cerâmicas compostas à base de carboneto de silício, como reforço de fibra (ou whisker), reforço de dispersão de partículas heterogêneas e materiais com gradiente funcional, surgiram para melhorar a tenacidade e a resistência do material único.

3. Perspectivas de aplicação e desenvolvimento de cerâmicas de carboneto de silício 

Como um material cerâmico estrutural de alta temperatura com excelente desempenho, as cerâmicas de carboneto de silício têm sido cada vez mais utilizadas em fornos de alta temperatura, metalurgia do aço, petroquímica, eletrônica mecânica, aeroespacial, proteção energética e ambiental, energia nuclear, automóveis e outros campos. Acreditamos que usar o método mais possível para fazer o melhor 

No futuro, à medida que a taxa de penetração de novos veículos de energia, energia, indústria, comunicações e outros campos aumenta, e os requisitos para componentes mecânicos ou eletrônicos de alta precisão, alta resistência ao desgaste e alta confiabilidade em vários campos se tornam cada vez mais rigorosos, o tamanho do mercado de produtos cerâmicos de carboneto de silício deve continuar a se expandir, entre os quais veículos de nova energia e energia fotovoltaica são áreas importantes de desenvolvimento.