Carburo di silicio ricristallizzato (RSiC / RSC) — per elementi di supporto per forni, ugelli dei bruciatori e componenti strutturali per alte temperature

Se il ciclo della vostra fornace supera i 1450 °C, prevede un riscaldamento/raffreddamento rapido e un coadiuvante di sinterizzazione o una fase di silicio libero potrebbero rappresentare l’anello debole, questa è la pagina dedicata al materiale che dovreste leggere prima di procedere alla scelta. L'RSiC non è “un altro tipo di SiC”. È il tipo che si sceglie quando la resistenza agli shock termici e la purezza chimica sono più importanti della densità massima.

L'unico elemento che determina tutte le decisioni successive

La maggior parte delle pagine dei fornitori riporta la densità, la porosità e la resistenza dell’RSiC, e si ferma qui. Queste informazioni sono necessarie ma non sufficienti. La domanda rilevante ai fini della decisione è: Perché mai qualcuno dovrebbe scegliere deliberatamente un carburo di silicio con porosità aperta 10–20% invece di un SSiC denso che sembra migliore sulla scheda tecnica?

La risposta sta nella microstruttura. L’RSiC si ottiene mediante sinterizzazione di polvere di SiC ad alta purezza a una temperatura compresa tra circa 2200 e 2450 °C senza additivi di sinterizzazione. I grani di carburo di silicio crescono attraverso un meccanismo di evaporazione-condensazione, formando legami diretti a collo tra i grani. Il materiale subisce un ritiro minimo durante la cottura, e lo spazio che il SiC denso riempirebbe con agenti sinterizzanti o silicio libero rimane come porosità connessa e aperta. Tale porosità non costituisce un difetto di fabbricazione. Si tratta della caratteristica funzionale che conferisce all’RSiC la sua resistenza agli shock termici e la sua inerzia chimica.

Questo è il criterio di valutazione che distingue un acquirente che conosce bene le diverse qualità di SiC da uno che si limita a confrontare solo la colonna relativa alla densità.

RSiC, SSiC e SiSiC/RBSiC: la tabella di selezione che la maggior parte dei fornitori non inserisce nella pagina dei propri prodotti

Regola di selezione: corrispondere al grado di temperatura, atmosfera, contatto con sostanze chimiche e ciclo termico — non all’abbreviazione “SiC”.” Se l’applicazione richiede una superficie compatta e a bassa porosità per garantire tenuta o resistenza all’usura, l’RSiC non è la scelta giusta. Se l’applicazione comporta ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento rapidi a temperature superiori a 1450 °C e la presenza di silicio libero o di una fase ausiliaria di sinterizzazione potrebbe diventare la causa del cedimento, l’RSiC è spesso l’unico tipo di SiC in grado di resistere.

Specifiche tecniche — i dati fondamentali per la definizione delle specifiche e il controllo in entrata

La tabella sottostante riporta l'intervallo di valori che dovresti utilizzare come parametro di riferimento per la valutazione delle schede tecniche di qualsiasi fornitore di RSiC. I valori variano a seconda della granulometria, del percorso di formatura e del profilo di cottura; se un fornitore indica un unico valore senza specificarne l’intervallo, è opportuno chiedergli quali siano gli standard di prova e la geometria del campione.

Fonti dei dati integrate dalle schede tecniche dei fornitori; gli intervalli riflettono la normale variazione commerciale e non costituiscono una garanzia per ogni geometria.

Quando RSiC è la specifica corretta — e quando invece è quella sbagliata

Specificare RSiC quando la modalità di guasto è lo shock termico o l'attacco chimico a temperatura

Accessori per forni destinati a cicli di cottura rapidi. Piastre di posizionamento sottili, travi e rulli sottoposti a ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento rapidi a temperature superiori a 1450 °C. Il basso ritiro durante la sinterizzazione dell’RSiC consente sezioni a pareti sottili senza deformazioni, e la porosità aperta assorbe le sollecitazioni termiche che causerebbero la frattura di un corpo più denso.

Ugelli di combustione e tubi radianti. Gli ugelli dei bruciatori in RSiC sono indicati per forni a navetta, a tunnel e a rulli poiché resistono all’ossidazione e ai cicli termici fino a circa 1650–1700 °C senza subire le fessurazioni che si verificano nel SiC legato per reazione quando il silicio libero diventa la fase debole.

Componenti per forni per semiconduttori e fotovoltaici. L'RSiC ad alta purezza viene utilizzato per Pale, vaschette e componenti interni per forni di diffusione LPCVD laddove è necessario controllare la contaminazione metallica e la generazione di particelle. In questo caso, è l’assenza di coadiuvanti di sinterizzazione a determinare le specifiche, non la densità.

Tubi di protezione dei componenti nei forni ad atmosfera controllata. La porosità interconnessa dell’RSiC non compromette l’inerzia chimica nella maggior parte delle atmosfere dei forni e il materiale resiste ai gradienti termici lungo la parete del tubo senza presentare segni di sfaldamento.

Non specificare l'RSiC quando i requisiti riguardano la densità, la tenuta o la resistenza massima

Se il componente deve garantire una tenuta sottovuoto, presentare una superficie di usura lappata o sostenere un carico strutturale in cui La maggiore densità e resistenza dell’SSiC sono le proprietà determinanti, l’RSiC non è il tipo di materiale adatto. Analogamente, se il pezzo è di grandi dimensioni, geometricamente complesso e sensibile ai costi a temperature inferiori a ~1400 °C, SiSiC/RBSiC è solitamente la scelta più appropriata: il silicio libero in essa contenuto riempie la porosità e consente una produzione con forma quasi definitiva, a scapito di alcuni limiti legati alle alte temperature e agli agenti chimici.

Risposte alle domande che gli acquirenti pongono effettivamente prima di inviare una richiesta di preventivo

L'RSiC è uguale all'SSiC? No. L’SSiC viene sinterizzato senza pressione con l’ausilio di additivi di sinterizzazione ed è denso. L’RSiC viene ricristallizzato senza additivi e conserva porosità aperta di progetto. Si tratta di materiali diversi con caratteristiche diverse, non sono sinonimi.

È possibile utilizzare l'RSiC a temperature superiori a 1650 °C all'aria? Il limite pratico continuo nell'aria è approssimativamente 1600–1650 °C. Alcuni fornitori indicano valori più elevati per l'impiego a breve termine o in atmosfera inerte; richiedete le atmosfera e durata alla base di qualsiasi pretesa di natura superiore.

La porosità indica che il pezzo è più fragile o di qualità inferiore? Significa che il materiale è ottimizzato in termini di compromesso tra resistenza agli shock termici e purezza, non per garantire la massima resistenza. Se la vostra applicazione non richiede tali proprietà, un grado più denso potrebbe essere più adatto alle vostre esigenze. La porosità è una variabile tecnica, non un’indicazione di difetto.

Qual è la differenza tra RSiC e SiSiC/RBSiC in ambito chimico? Il SiSiC/RBSiC contiene silicio libero, il che ne limita l'uso a lungo termine a temperature superiori a ~1400 °C e ne riduce la resistenza agli alcali forti e agli ambienti contenenti acido fluoridrico. L'RSiC non contiene silicio libero né una fase vetrosa ai confini dei grani, motivo per cui viene preferito quando inerzia chimica in funzione della temperatura è un requisito.

È possibile fornire componenti in RSiC con geometrie personalizzate, oltre alle piastre e ai tubi standard? Sì, entro i limiti geometrici del processo di ricristallizzazione. L’RSiC è particolarmente adatto a forme a pareti sottili e di grandi dimensioni come piastre e travi per setter, ma le sezioni di spessore elevato o le cavità interne complesse possono essere realizzate in modo più economico utilizzando un tipo di acciaio incollato per reazione. Inviateci un disegno e le condizioni operative per una valutazione della producibilità.