Soluzioni ad alte prestazioni con carburo di silicio sinterizzato

Il carburo di silicio sinterizzato presenta una straordinaria combinazione di durata, resistenza meccanica e resistenza chimica; tuttavia, queste caratteristiche sono direttamente influenzate dalla purezza della materia prima; le impurità compromettono le microstrutture, riducendo al contempo le proprietà meccaniche quali la resistenza alla flessione e la tenacità alla frattura.

La purezza contribuisce a migliorare le condizioni di sinterizzazione, garantendo in ultima analisi un SSiC di alta qualità per applicazioni industriali con requisiti rigorosi. Questo fattore non va sottovalutato.

Dischi e pastiglie dei freni

I dischi freno in carburo di silicio sinterizzato (CSC) consentono una frenata più rapida e dissipano il calore dalle pastiglie in modo più efficace rispetto a quelli in ghisa, garantendo prestazioni migliori e contribuendo a prevenire il “fading dei freni”, un fenomeno che si verifica in seguito a frenate ripetute.

Lo studio degli strati di trasferimento dell'attrito sui compositi in fibra di carbonio/carburo di carbonio-silicio, dopo ripetute frenate con pastiglie organiche, è fondamentale per comprendere in che modo l'elevata velocità di scorrimento influisca sulla loro stabilità e sulle loro prestazioni. In questo caso, è stata utilizzata la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) su sezione trasversale per mettere in luce le strutture coesive all'interno degli strati trasferiti.

All'interno dello strato di trasferimento dell'attrito sono stati osservati cristalliti metallici di dimensioni comprese tra i nanometri e i micron distribuiti uniformemente, mentre erano frequenti le presenze di silicio amorfo e ossidi di silicio. Inoltre, dopo la frenata si è formata un'interfaccia tra questo strato di trasferimento e la superficie del composito Cf/C, ma la sua stabilità variava notevolmente a seconda delle regioni di SiC e C a causa delle differenze tra i leganti organici utilizzati nella sua miscela e quelli utilizzati nella miscela delle guarnizioni dei freni.

Componenti per turbine aeronautiche

Il carburo di silicio si distingue per la sua eccezionale resistenza alle alte temperature, l'elevata resistenza allo scorrimento e la stabilità termochimica, caratteristiche che lo rendono un materiale ideale per numerose applicazioni termostrutturali nei settori aerospaziale ed energetico. Inoltre, le sue eccellenti proprietà meccaniche e la bassa densità consentono di ridurre il peso, migliorando così l'efficienza nei consumi e la velocità.

I nostri tubi di protezione per termocoppie in carburo di silicio sinterizzato offrono una protezione affidabile ai sensori di temperatura dai gas e dalle particelle dannose che potrebbero corrodere il materiale, nonché dagli ambienti difficili e dalle alte temperature a cui sono sottoposti, garantendo letture accurate per un funzionamento affidabile.

Le ceramiche in carburo di silicio saldate per diffusione utilizzano strati intermedi in metalli refrattari quali titanio, zirconio, molibdeno e tungsteno per ottenere una densificazione ottimale. Di conseguenza, i materiali a base di SiC presentano una densità inferiore, una tenacità e una tolleranza al danneggiamento superiori, oltre a una migliore resistenza all’ossidazione e alla corrosione rispetto ai compositi carbonio/carbonio, ai CMC ossido/ossido o alle ceramiche monolitiche – oltre a possedere capacità termiche superiori rispetto alle superleghe metalliche.

Applicazioni elettriche ad alta tensione

Il carburo di silicio ha fatto scalpore nel settore come materiale innovativo per i semiconduttori di potenza. Grazie alla loro capacità di funzionare in condizioni ambientali estreme, quali temperature e tensioni elevate, i dispositivi in carburo di silicio offrono vantaggi ineguagliabili rispetto alle controparti in silicio (Si) in termini di elevata efficienza di conversione energetica e durata.

La purezza chimica e la microstruttura ingegnerizzata del SiC di Hexoloy SA lo rendono resistente alle forze rotazionali, alla sabbiatura e alla corrosione; inoltre, la sua stabilità alle alte temperature sia in ambienti ossidanti che riducenti garantisce la sua resistenza anche alle forze rotazionali.

L'ampio bandgap del carburo di silicio gli consente di sopportare livelli di tensione elettrica più elevati, garantendo una maggiore efficienza energetica nell'elettronica di potenza e nei sistemi di energia rinnovabile. I dispositivi di potenza in SiC presentano tensioni di blocco parecchie volte superiori rispetto ai transistor al silicio, eliminando la necessità di sostituire numerosi componenti e riducendo al contempo le perdite energetiche totali e le perdite di efficienza dei convertitori. Inoltre, la maggiore durata dei portatori del SiC consente l’introduzione di portatori di minoranza nel suo strato n, il che riduce notevolmente la resistenza.

Applicazioni nel settore automobilistico

Il carburo di silicio sinterizzato vanta eccezionali proprietà di resistenza all'usura e di robustezza, che ne consentono l'impiego come base per componenti automobilistici critici quali freni, valvole del motore e turbocompressori. Inoltre, la sua eccellente resistenza chimica e all'abrasione lo rende perfetto per ambienti di lavoro difficili.

La sinterizzazione ceramica è una tecnica ad alta temperatura che prevede la densificazione di materiali in polvere in solidi tramite diffusione atomica senza fusione, consentendo di ottenere componenti dalle dimensioni precise e dalle geometrie complesse. In questo processo, il SiC ad alta purezza viene quindi iniettato in stampi appositamente progettati per la produzione di componenti con dimensioni esatte e geometrie complesse. Dopo la sinterizzazione, i componenti devono essere sottoposti a debinding per rimuovere il legante polimerico senza compromettere l'integrità strutturale: il debinding di precisione consente la creazione di guarnizioni speciali e di componenti automobilistici con trattamenti superficiali su misura per prestazioni migliorate.

Le guarnizioni con aggiunta di grafite presentano proprietà autolubrificanti che riducono l'attrito tra le superfici di accoppiamento, migliorando la durata e le prestazioni di tenuta e garantendo al contempo una maggiore stabilità termica in condizioni operative difficili. Inoltre, la loro maggiore lubrificazione aumenta la stabilità termica e la resistenza alle alte temperature, garantendo una maggiore resistenza in condizioni operative difficili: caratteristiche ideali per le tenute meccaniche utilizzate nelle applicazioni con pompe, gruppi valvole e apparecchiature rotanti, nonché per le tenute idrauliche progettate per impedire la perdita di fluido.