La scienza alla base della resistenza delle piastre in carburo di silicio

Il carburo di silicio è una delle ceramiche industriali più ricercate grazie alle sue eccezionali proprietà termiche e meccaniche. Questo materiale è in grado di resistere a temperature estremamente elevate, proteggendo al contempo dalla corrosione, oltre a essere altamente resistente e robusto.

Le piastre in carburo di silicio possono essere prodotte mediante diverse tecniche di lavorazione, tra cui la pressatura a caldo, la pressatura isostatica a caldo (HIP) e la sinterizzazione con legante di reazione (RBS). Nel presente articolo ci concentriamo sulla realizzazione di ceramiche in SiC ad alte prestazioni tramite infiltrazione di liquido, ponendo come elemento fondamentale la gradazione delle particelle ultrafini e l’ottimizzazione del nerofumo.

Durezza

La lastra in carburo di silicio è in grado di resistere sia a temperature estreme che alla corrosione chimica, rendendola il materiale ideale per le applicazioni industriali.

I materiali ceramici a base di silicati vantano una durezza senza pari grazie alla combinazione di atomi di silicio e carbonio saldamente legati in una struttura a reticolo cristallino, il che li rende un componente indispensabile nelle armature balistiche, nei componenti per forni ad alta temperatura e nelle applicazioni aerospaziali.

L'elevata tenacità alla frattura del SiC, pari a 6,8 MPa m⁰,⁵, gli consente di mantenere la propria forma anche se sottoposto a deformazioni considerevoli, mentre il suo modulo di Young, pari a 440 GPa, ne attesta l'elevata resistenza alla flessione.

Gli esperimenti di nanoindentazione condotti su campioni di 6H-SiC rivestiti e non rivestiti di grafene confermano il miglioramento delle proprietà meccaniche ottenuto grazie al rivestimento. La durezza diminuisce all’aumentare del carico, il che indica la presenza di anisotropia elastica nei campioni di SiC monocristallino.

Stabilità termica

Le piastre in carburo di silicio devono resistere alle temperature elevate e alle sostanze chimiche presenti sia nei forni che nelle apparecchiature metallurgiche, senza subire degrado o deformazioni sotto pressione. La loro eccezionale stabilità termica consente loro di farlo senza subire degrado o deformazioni nel tempo.

A livello accademico, la stabilità termica va ben oltre la semplice descrizione delle proprietà intrinseche; richiede invece un’analisi approfondita di come lo stress termico interagisca con i materiali su più scale – da quella subatomica a quella macroscopica – influenzandone la durata e le prestazioni. Tale analisi richiede conoscenze di termodinamica, cinetica chimica e tecniche di caratterizzazione dei materiali, come la microscopia elettronica a scansione.

Il carburo di silicio ricristallizzato (R-SiC) di Edgetech, prodotto a partire da questo materiale ceramico, offre caratteristiche fisiche e meccaniche superiori. Con un'eccezionale durezza secondo la scala di Mohs pari a 9, seconda solo al diamante, questa ceramica resiste all'ossidazione alle alte temperature, offrendo al contempo un'ottima conduttività termica, un basso coefficiente di dilatazione termica e un eccezionale rapporto resistenza/peso; l'R-SiC è quindi un materiale di rivestimento indispensabile nelle applicazioni industriali e tecniche in cui la sicurezza, la purezza e la resistenza sono prioritarie.

Resistenza alla corrosione

Le piastre in carburo di silicio rappresentano la scelta ideale per gli ambienti industriali che richiedono resistenza agli agenti chimici, tra cui l'acido solforico e le soluzioni di cloruro. La loro inerzia chimica contribuisce inoltre a prolungare la durata delle attrezzature e delle strutture.

Questi componenti in ceramica avanzata vengono realizzati mediante pressatura, modellatura e cottura ad alte temperature, al fine di ottenere lastre resistenti con un’eccellente resistenza al calore e all’usura. La loro capacità di resistere a condizioni ambientali ad alta temperatura, all’espansione termica e alla corrosione chimica li rende la soluzione ideale per l’impiego in forni da ceramica e forni industriali.

Le piastre in carburo di silicio, data la loro natura fragile, possono essere sensibili agli urti meccanici e alle vibrazioni. Per evitare che si rompano durante l’uso, è necessario evitare collisioni o urti e lasciare che si stabilizzino prima di inserire i prodotti: ciò consente al forno di sostenere e proteggere meglio il materiale durante le operazioni ad alta temperatura.

Resistenza chimica

Il carburo di silicio resiste bene alla corrosione chimica. Offre un'efficace protezione da acidi (cloridrico, solforico e nitrico), basi (ammine e potassa), solventi, agenti ossidanti e acqua.

La corrosione in ambienti aggressivi è una delle principali cause di guasto delle apparecchiature. I componenti in carburo di silicio offrono una protezione significativa dai reagenti aggressivi, garantendo un notevole aumento dell'affidabilità operativa.

Il carburo di silicio legato con nitruro presenta una resistenza all'usura abrasiva superiore rispetto all'acciaio, all'acciaio al boro e alle leghe di titanio saldati a tampone in condizioni di terreno simili; tuttavia, tale vantaggio diminuisce all'aumentare della distribuzione granulometrica del terreno.

Le piastre in carburo di silicio sono elementi essenziali dei sistemi di protezione avanzati e dei veicoli blindati, in grado di soddisfare gli standard più esigenti della guerra moderna in termini di durezza, leggerezza e capacità di protezione contro minacce multiple. La loro durezza, leggerezza e capacità di protezione contro minacce multiple consentono loro di soddisfare i requisiti della guerra moderna in termini di resistenza alle alte temperature, alle pressioni estreme e alla corrosione chimica; inoltre, il loro materiale ceramico resiste senza problemi alle tensioni elevate dei veicoli elettrici.