Carbureto de silício recristalizado (RSiC / RSC) — para acessórios de fornos, bicos de queimadores e peças estruturais para altas temperaturas

Se o ciclo do seu forno atingir temperaturas superiores a 1450 °C, envolver aquecimento/arrefecimento rápidos e um adjuvante de sinterização ou uma fase de silício livre se tornar o ponto fraco — esta é a página sobre materiais que deve ler antes de definir as especificações. O RSiC não é “mais um tipo de SiC”. É o tipo que se escolhe quando a resistência ao choque térmico e a pureza química são mais importantes do que a densidade máxima.

A única distinção que determina todas as decisões subsequentes

A maioria das páginas dos fornecedores indica a densidade, a porosidade e a resistência do RSiC, e fica por aí. Essas informações são necessárias, mas não suficientes. A questão relevante para a tomada de decisão é: por que razão alguém escolheria deliberadamente um carboneto de silício com porosidade aberta de 10–20% em vez de um SSiC denso que parece melhor na ficha técnica?

A resposta está na microestrutura. O RSiC é produzido através da sinterização de pó de SiC de elevada pureza a uma temperatura de aproximadamente 2200–2450 °C sem aditivos de sinterização. Os grãos de carboneto de silício crescem através de um mecanismo de evaporação-condensação, formando ligações diretas entre os grãos. O material encolhe muito pouco durante a cozedura, e o espaço que o SiC denso ocuparia com adjuvantes de sinterização ou silício livre permanece como porosidade aberta e interligada. Essa porosidade não é um defeito de fabrico. É a característica funcional que confere ao RSiC a sua resistência ao choque térmico e a sua inércia química.

Este é o critério de avaliação que distingue um comprador que compreende os graus de SiC de outro que se limita a comparar apenas a coluna da densidade.

RSiC vs. SSiC vs. SiSiC/RBSiC: a tabela de seleção que a maioria dos fornecedores não inclui na página dos seus produtos

Regra de seleção: corresponder a nota a temperatura, atmosfera, contacto químico e ciclo térmico — e não à abreviatura “SiC”.” Se a aplicação exigir uma superfície densa e de baixa porosidade para vedação ou resistência ao desgaste, o RSiC não é a escolha adequada. Se a aplicação envolver aquecimento e arrefecimento rápidos e repetidos acima dos 1450 °C, e se uma fase de silício livre ou um adjuvante de sinterização vier a constituir a origem da falha, o RSiC é frequentemente o único tipo de SiC que resiste.

Especificações técnicas — os valores que importam para a definição das especificações e a inspeção de entrada

A tabela abaixo apresenta o intervalo de propriedades que deve utilizar como ponto de referência na avaliação da ficha técnica de qualquer fornecedor de RSiC. Os valores variam consoante a granulometria, o percurso de moldagem e o perfil de cozedura; caso um fornecedor indique um único valor sem indicar um intervalo, deve-se solicitar-lhe a norma de ensaio e a geometria da amostra.

Fontes de dados integradas a partir das fichas técnicas dos fornecedores; os intervalos refletem a variação comercial normal, não constituindo uma garantia para todas as geometrias.

Quando a especificação RSiC é a correta — e quando é a errada

Especifique RSiC quando o modo de falha for choque térmico ou ataque químico à temperatura

Acessórios para fornos destinados a ciclos de cozedura rápida. Placas de assentamento finas, vigas e rolos que são submetidos a ciclos repetidos de aquecimento e arrefecimento rápidos a temperaturas superiores a 1450 °C. O baixo encolhimento durante a sinterização do RSiC permite secções de parede fina sem deformações, e a porosidade aberta permite absorver a deformação térmica que provocaria fissuras num corpo mais denso.

Bicos de queimador e tubos radiantes. Os bicos de queima em RSiC são utilizados em fornos de vaivém, de túnel e de rolos, uma vez que resistem à oxidação e aos ciclos térmicos até cerca de 1650–1700 °C, sem que se verifiquem fissuras, ao contrário do que acontece com o SiC ligado por reação, em que o silício livre se torna a fase mais fraca.

Componentes para fornos de semicondutores e fotovoltaicos. O RSiC de elevada pureza é utilizado para Pás, barquinhas e componentes internos de fornos de difusão para LPCVD onde é necessário controlar a contaminação metálica e a geração de partículas. A ausência de aditivos de sinterização é o fator determinante das especificações neste caso, e não a densidade.

Tubos de proteção de componentes em fornos atmosféricos. A porosidade interligada do RSiC não compromete a inércia química na maioria das atmosferas dos fornos, e o material suporta os gradientes térmicos ao longo da parede do tubo sem se fragmentar.

Não especifique RSiC quando o requisito for a densidade, a estanqueidade ou a resistência máxima

Se a peça tiver de manter uma vedação a vácuo, apresentar uma superfície de desgaste lapidada ou suportar uma carga estrutural em que A maior densidade e resistência do SSiC são as propriedades determinantes, o RSiC não é o tipo adequado. Da mesma forma, se a peça for grande, geometricamente complexa e sensível ao custo a temperaturas inferiores a ~1400 °C, SiSiC/RBSiC é normalmente a escolha mais adequada — o seu silício livre preenche a porosidade e permite um fabrico com forma quase final, em contrapartida de limitações em termos de temperatura elevada e de resistência química.

Respostas às perguntas que os compradores realmente fazem antes de enviar um pedido de cotação

O RSiC é o mesmo que o SSiC? Não. O SSiC é sinterizado sem pressão com adjuvantes de sinterização e é denso. O RSiC é recristalizado sem aditivos e mantém porosidade aberta por conceção. São materiais diferentes, com diferentes compromissos em termos de propriedades; não são sinónimos.

O RSiC pode ser utilizado a temperaturas superiores a 1650 °C ao ar? O limite prático contínuo no ar é aproximadamente 1600–1650 °C. Alguns fornecedores indicam valores mais elevados para aplicações de curto prazo ou em atmosfera inerte; solicite o ambiente e duração por trás de qualquer pedido de indemnização de montante superior.

A porosidade significa que a peça é mais frágil ou de menor qualidade? Significa que o material é otimizado em termos de compromisso entre choque térmico e pureza, e não para obter a máxima resistência. Se a sua aplicação não exigir essas propriedades, um tipo de betão mais denso poderá ser mais adequado. A porosidade é uma variável de especificação, não um indicador de defeito.

Qual é a diferença entre o RSiC e o SiSiC/RBSiC em aplicações químicas? O SiSiC/RBSiC contém silício livre, o que limita a sua utilização a longo prazo a temperaturas superiores a ~1400 °C e reduz a resistência a ambientes com álcalis fortes e que contenham ácido fluorídrico. O RSiC não contém silício livre nem uma fase vítrea nos limites dos grãos, razão pela qual é preferido quando inércia química em função da temperatura é um requisito.

É possível fornecer peças de RSiC com geometrias personalizadas, e não apenas placas e tubos padrão? Sim, dentro dos limites geométricos do processo de recristalização. O RSiC é adequado para formas de paredes finas e grande área de base tais como placas e vigas de fixação, mas secções extremamente espessas ou cavidades internas complexas podem ser produzidas de forma mais económica utilizando um tipo de aço com ligação por reação. Partilhe um desenho e as condições de funcionamento para uma avaliação da viabilidade de fabrico.