Revestimiento del colector hidráulico-Silicon carbide liner – Carburo de Silicio

Revestimiento del colector hidráulico

Para fabricar carburo de silicio unido por reacción, se infiltra el silicio en un bloque preformado de polvo de carburo de silicio/carbón que se cuece posteriormente. Esto produce aproximadamente un 10% de silicio libre, que rellena los poros. La microestructura resultante tiene una porosidad baja y un grano muy fino. El conformado se realiza antes de la cocción, pero en caso de hacerse después, puede ser rectificado con diamante hasta una tolerancia de 0,01 mm. Sin embargo esto resulta bastante difícil tras haber sido cocido. La resistencia mecánica del material es alta hasta 1350C lo que explica su uso como elemento de turbinas de gas de alta temperatura. Su dureza elevada (superior al WC) significa que se utiliza extensamente para cojinetes y juntas. La conductividad térmica elevada combinada con una expansión térmica baja permiten una buena resistencia al impacto térmico. El carburo de silicio unido por reacción puede tolerar una más amplia gama de ácidos y alcalís que el carburo de tungsteno o la alúmina. Su resistencia a la oxidación ayuda a obtener una vida útil importante en hornos.

El carburo de silicio ha sido el material que más se ha empleado para los usos de cerámicas estructurales. Las características tales como expansión térmica relativamente baja, el alto radio fuerza-peso, alta conductividad  térmica, dureza, resistencia a la abrasión y a la corrosión, y lo más importante, el mantenimiento de la resistencia elástica a temperaturas de hasta 1650 ºC, han conducido a una amplia gama de usos.

Tecnología de fabricación

Los carburos de silicio para el uso estructural se pueden clasificar como: sinterizado enlazado por reacción, fase líquida, y de estado sólido sinterizado. El SiC4 enlazado por reacción es un compuesto de una matriz continua de SiC que tiene silicio de 5 a del 20%, y metal que llena el volumen restante. Para formar este material, una preforma del polvo que contenía el carbón agregado como polvo o como el producto de la descomposición de una resina de la fuente del carbón, se infiltra con silicio alrededor 1500 ºC con contacto directo o usando el vapor del silicio.

 

El silicio reacciona con la preforma del carbón para formar una estructura que tiende un puente sobre el SiC. El exceso de sílice restante, llena el espacio de poro residual y da un producto completamente denso que tiene integridad estructural hasta 1370 ºC. El silicio se funde a 1410 ºC. La preforma se puede fabricar por cualquiera de los procesos de cerámica tradicionales. Por otra parte, las bajas temperaturas (1500 ºC) empleadas durante el enlazado por reacción, combinada con la flexibilidad de tamaño y pureza del polvo, proporcionan un producto de buena calidad con un coste razonable.

 

Características del Carburo de Silicio

Las características del módulo elástico y de la expansión térmica son dadas por las características del cristal de SiC en sí mismo, y la conductividad térmica o la difusividad térmica de los carburos de silicio tiende a ser substancialmente más alta que las de la otra cerámica estructural. La combinación de un módulo elástico alto y moderado coeficiente de la expansión térmica convierte al SiC en susceptible al daño por choque térmico. La resistencia al choque térmico es perceptiblemente más baja que la del nitruro de silicio, pero más alta que la cerámica estructural del zirconia. El comportamiento ante el choque térmico es también muy dependiente de la aplicación. Por ejemplo, los cambios de temperatura muy rápidos pueden conducir a una preferencia del Si3N4 sobre SiC, mientras que para índices moderados del cambio de temperatura la alta conductividad térmica de SiC puede conducir a un funcionamiento mejor.

Aplicaciones del Carburo de Silicio

Se utilizan más para funcionamiento con desgaste a baja temperatura que para el comportamiento de alta temperatura. Los usos del SiC son tales como inyectores de chorro de arena, sellos automotores de la bomba de agua, cojinetes, componentes de la bomba, y dados de extrusión que utilizan la alta dureza, resistencia de la abrasión, y resistencia a la corrosión del carburo de silicio.Los usos estructurales a elevada temperatura se extienden desde las gargantas del inyector del cohete hasta los rodillos del horno y la combinación  de la alta conductividad térmica, de la dureza y de la estabilidad a alta temperatura hace que se fabriquen los componentes de los tubos de intercambiadores de calor de carburo de silicio.

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