Aplicações do carboneto de silício beta (β-SiC) em cerâmicas sinterizadas avançadas?

O pó de β-SiC (carbeto de silício cúbico 3C-SiC) apresenta uma atividade de sinterização muito superior à do α-SiC (carbeto de silício hexagonal verde/preto). Permite a densificação através de sinterização sem pressão a baixa temperatura, prensagem a quente e prensagem isostática a quente. O seu cristal cúbico proporciona propriedades termomecânicas isotrópicas com grãos finos e uniformes. Após a sinterização com pó de alta pureza, pode ser fabricado em cerâmicas estruturais para equipamentos semicondutores, peças estruturais resistentes ao desgaste e à corrosão, componentes para fornos de alta temperatura e fases de reforço para compósitos de matriz cerâmica.

Vantagens dos materiais de núcleo para cerâmicas sinterizadas

1. Elevada atividade de sinterização : Comparativamente ao α-SiC, o β-SiC sinteriza a temperaturas mais baixas e atinge uma elevada densidade com facilidade. É adequado para a sinterização sem pressão, permitindo a produção de componentes de grandes dimensões e formatos complexos, reduzindo a dificuldade de sinterização e os custos de produção.
2. Desempenho isotrópico : O cristal cúbico não apresenta diferença direccional nas propriedades térmicas e mecânicas, garantindo uma boa consistência dimensional e baixa deformação após maquinação de precisão.
3. Grãos finos e elevada resistência : Os corpos sinterizados apresentam grãos finos, elevada resistência à flexão e excelente resistência ao choque térmico, resistindo à fissuração sob ciclos rápidos de aquecimento e arrefecimento.
4. Resistência ao desgaste e à corrosão, bem como elevada condutividade térmica : Resistente à corrosão por ácidos e álcalis fortes e à oxidação a altas temperaturas; elevada condutividade térmica e baixo coeficiente de dilatação térmica. O grau de alta pureza contém níveis muito baixos de impurezas metálicas para satisfazer os requisitos de limpeza de semicondutores.
5. Modificação por dopagem disponível : O desempenho condutivo ou semicondutivo pode ser obtido por dopagem durante a sinterização para satisfazer as condições de trabalho elétrico.

Principais cenários de aplicação

1. Componentes cerâmicos sinterizados para equipamentos semicondutores (pó de β-SiC de alta pureza)

Sinterizados a partir de pó de β-SiC de alta pureza (diferente das peças monolíticas CVD), para substituição nacional de processos de nós maduros: – Câmara de gravação a plasma: anel de bordo, anel de foco, revestimento da câmara, base de suporte isolante – Equipamento de tratamento térmico/epitaxia: suporte para wafer, barco para wafer, pá cantilever, tubo do forno, defletor de proteção térmica – Equipamento de lapidação e inspeção: placa de vácuo de cerâmica, wafer de teste, componentes da plataforma de movimento de precisão

Nota: O β-SiC sinterizado é inferior ao β-SiC monolítico produzido por CVD em termos de pureza e densidade, no entanto apresenta vantagens de custo significativas para aplicações em nós tecnológicos maduros.

2. Cerâmicas estruturais industriais resistentes ao desgaste e à corrosão

– Anéis de vedação mecânica, chumaceiras cerâmicas, revestimentos resistentes ao desgaste para bombas e válvulas, bicos de jateamento de areia, bicos de queimadores – Peças resistentes à corrosão e ao desgaste para as indústrias química e de metais não ferrosos, contra a erosão em meios fortes

3. Componentes térmicos de fornos de alta temperatura

Barras de rolos, vigas, placas de prateleira, suportes, cadinhos, tubos de proteção de termopares, tubos de aquecimento radiante. Aplicados em fornos de rolos e fornos de tratamento térmico, apresentam uma boa resistência ao choque térmico em ciclos frequentes de subida e descida de temperatura, com uma vida útil mais longa do que os componentes tradicionais de α-SiC para fornos.

4. Fases de reforço para compósitos de matriz cerâmica (CMC)

O pó/fibra de β-SiC serve de reforço para cerâmicas compósitas de SiC/SiC, aplicadas em componentes termoestruturais de alta temperatura e peças de proteção resistentes a choques térmicos para o setor aeroespacial, visando melhorar a tenacidade e a resistência a choques térmicos.

5. Componentes de proteção militar e componentes especiais para altas temperaturas

Placas de blindagem cerâmica à prova de bala, componentes leves anti-impacto; peças estruturais resistentes à radiação e a altas temperaturas para a indústria nuclear, resistentes à corrosão a altas temperaturas e a danos por radiação.

Principais parâmetros técnicos de cerâmicas sinterizadas de β-SiC