Do Pó à Cerâmica Sólida: Os Métodos de Modelagem e Sinterização
O pó de SiC por si só não é uma cerâmica forte e densa. Para criar um objeto sólido, o pó deve ser moldado e depois fundido em um processo chamado sinterização. O principal desafio é que o SiC possui fortes ligações covalentes, o que torna muito difícil a sinterização. Portanto, são necessárias técnicas especiais. Os três métodos principais são:
1. Sinterização (Sinterização de Estado Sólido)
Este é o método mais comum para fazer componentes de formato complexo.
# Mistura: O pó de SiC é misturado com um auxiliar de sinterização, normalmente uma pequena quantidade de Boro (B) e Carbono (C). O carbono ajuda a remover a camada de óxido das partículas de SiC e o boro promove a difusão atômica.
# Modelagem: A mistura em pó é moldada em um “corpo verde” (uma forma não sinterizada). Isso pode ser feito por:
* Prensagem a Seco: Prensagem uniaxial ou isostática para formas simples.
* Extrusão: Para formas longas e contínuas, como tubos ou hastes.
* Moldagem por injeção: Para formas muito complexas e intrincadas.
# Sinterização: O corpo verde é aquecido em uma atmosfera inerte (como o argônio) a temperaturas em torno de 2.000°C - 2.100°C (3.630°F - 3.810°F). A esta temperatura, as partículas se difundem umas nas outras nos pontos de contato, unindo-se para formar uma cerâmica sólida e densa com porosidade mínima.
Resultado: Carboneto de Silício Sinterizado (SSiC). Possui alta pureza, excelente resistência ao desgaste e boa resistência mecânica.
2. Ligação de reação (ou siliconização)
Este método cria uma peça com formato quase final com encolhimento mínimo.
# Moldagem: Uma mistura de pó de SiC e carbono (por exemplo, grafite) é formada em um corpo verde poroso.
# Infiltração: O corpo verde é então colocado em contato com silício metálico (Si) fundido em um forno sob vácuo.
# Reação: O silício fundido é atraído para o corpo poroso por ação capilar. Em seguida, ele reage com o carbono dentro do corpo para formar um novo carboneto de silício (Si + C → SiC), que une as partículas originais de SiC.
# Excesso de Silício: Quaisquer espaços não preenchidos pela reação são preenchidos com silício metálico residual.
Resultado: Carboneto de Silício Ligado por Reação (RBSC) ou Carboneto de Silício Siliconizado. É mais denso que o SSiC, mas contém 5-15% de silício livre, o que reduz sua resistência a altas temperaturas e resistência química em comparação com o SSiC.
3. Prensagem a quente
Este método produz a maior densidade e resistência, mas é mais caro e limitado a formas simples.
# Processo: O pó de SiC (com auxiliares de sinterização) é colocado em uma matriz, geralmente feita de grafite.
# Calor e pressão simultâneos: A matriz é aquecida a temperaturas de sinterização (~1900°C - 2000°C) enquanto aplica simultaneamente uma pressão uniaxial muito alta (dezenas de MPa).
# Benefício: A combinação de calor e pressão impulsiona a densificação de forma mais eficaz e a uma temperatura mais baixa do que a sinterização sem pressão.
Resultado: Carboneto de Silício Prensado a Quente (HPSiC). Possui propriedades mecânicas superiores, mas normalmente é produzido em formatos simples, como placas ou blocos, que requerem usinagem subsequente com ferramentas diamantadas.
Etapa Final: Usinagem
Após a sinterização, o componente está próximo do seu formato final, mas muitas vezes requer usinagem de precisão. Como o SiC é extremamente duro (9,5 na escala de Mohs, próximo ao diamante), isso só pode ser feito usando rebolos ou ferramentas impregnadas de diamante.
Em resumo, fabricar cerâmica de carboneto de silício é um processo de várias etapas que envolve primeiro a síntese do pó ultraduro e, em seguida, o uso de técnicas especializadas de alta temperatura para densificá-lo em um material de engenharia forte e durável.
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