Razões para utilizar carbeto de silício verde (GC) em compósitos de SiC/Al
O carboneto de silício verde apresenta uma elevada pureza, baixo teor de impurezas, excelente condutividade térmica e estabilidade estrutural, bem como reações interfaciais bem controladas. Isto possibilita a produção de compósitos SiC/Al com elevada condutividade térmica, baixa expansão térmica e resistência mecânica superior.
1. Pureza e teor de impurezas: fatores determinantes da estabilidade interfacial
Carbeto de silício verde: teor de SiC ≥ 98,5%–99,2% (até 99,9% para os graus premium); impurezas totais de ferro e alumínio ≤ 0,17%, impurezas metálicas < 5 ppm, praticamente sem silício livre nem carbono livre.
Impacto principal: O alumínio fundido tende a reagir com o carboneto de silício a altas temperaturas, formando carboneto de alumínio (Al₄C₃), uma fase frágil e propensa à pulverização quando exposta à água. Com menos impurezas e menor teor de oxigénio, o carboneto de silício verde restringe as reações interfaciais, minimiza os subprodutos frágeis e garante uma ligação interfacial estável.
2. Condutividade térmica e dilatação térmica: compatibilidade com a matriz de alumínio
Carbeto de silício verde: A condutividade térmica varia entre 120 a 350 W/(m·K); o coeficiente de dilatação térmica (CTE) é de 4,5 a 5,5 ppm/℃, o que é bastante semelhante ao do alumínio (23 ppm/℃).
Impacto principal: Os compósitos de SiC/Al são amplamente aplicados na dissipação de calor eletrónica, estruturas aeroespaciais e componentes de travagem automóvel, onde a elevada condutividade térmica e a baixa expansão térmica são essenciais. A utilização de carboneto de silício verde permite controlar o coeficiente de expansão térmica (CTE) dos compósitos acabados a 6–12 ppm/℃ e atingir uma condutividade térmica de 200–250 W/(m·K), proporcionando uma excelente estabilidade dimensional e desempenho de dissipação de calor.
3. Dureza, resistência e resistência ao desgaste: desempenho do reforço do núcleo
O carboneto de silício verde tem uma dureza de Mohs de 9,5, com estruturas cristalinas completas e defeitos internos mínimos. Mantém uma elevada resistência mecânica mesmo a temperaturas de até 1000 °C.
Impacto principal: Como fase de reforço, o carboneto de silício verde melhora significativamente a dureza, a resistência ao desgaste, a resistência à tracção e a resistência à flexão da matriz de alumínio. Quando adicionado numa fração volumétrica de 20% a 30%, aumenta a resistência ao desgaste de 3 a 5 vezes e a resistência mecânica de 50% a 100%.
4. Estabilidade Química e Processabilidade: Adaptabilidade ao Fabrico de Compósitos
O carboneto de silício verde apresenta uma elevada inércia química, boa resistência a ácidos e álcalis e uma excelente resistência à oxidação. Praticamente não reage com o alumínio, magnésio e outros metais a temperaturas inferiores a 1400 °C. O seu formato de grão regular e a superfície limpa garantem uma boa molhabilidade com alumínio fundido, permitindo uma produção estável através da infiltração por agitação, infiltração sob pressão e metalurgia do pó, e aumentando a taxa de rendimento global.
5. Comparação entre carbeto de silício verde para compósitos de SiC/Al
| Item de comparação | Carbeto de silício verde (GC) | Impacto em compósitos SiC/Al |
|---|---|---|
| Pureza do SiC | 98,5%–99,2% | Uma maior pureza garante uma interface mais estável. |
| Impurezas (Fe+Al) | ≤ 0,17% | Menores níveis de impurezas reduzem a formação de Al₄C₃ |
| Condutividade térmica | 120–350 W/(m·K) | Uma maior condutividade térmica proporciona uma melhor dissipação de calor. |
| CTE | 4,5–5,5 ppm/℃ | Um menor coeficiente de expansão térmica (CTE) proporciona uma melhor estabilidade dimensional. |
| Reação interfacial | Suave e controlável | Determina diretamente a vida útil e a fiabilidade operacional. |
| Cenários de aplicação | Dissipação de calor de alta qualidade, aeroespacial, eletrónica | Ideal para materiais compósitos de alto desempenho |
6. Conclusão e Recomendações de Aplicação
O carboneto de silício verde é o material preferido para componentes que exigem alta condutividade térmica, baixa expansão térmica e alta fiabilidade, incluindo dissipadores de calor para estações base 5G, substratos IGBT, peças estruturais aeroespaciais e discos de travão de alto desempenho.
Tamanhos de partículas de carboneto de silício verde
| Tamanho do grão | D0 (μm) | D3 (µm) | D50 (μm) | D94 (μm) |
|---|---|---|---|---|
| #240 | ≤127 | ≤103 | 57,0±3,0 | ≥40 |
| #280 | ≤112 | ≤87 | 48,0±3,0 | ≥33 |
| #320 | ≤98 | ≤74 | 40,0±2,5 | ≥27 |
| #360 | ≤86 | ≤66 | 35,0±2,0 | ≥23 |
| #400 | ≤75 | ≤58 | 30,0±2,0 | ≥20 |
| #500 | ≤63 | ≤50 | 25,0±2,0 | ≥16 |
| #600 | ≤53 | ≤41 | 20,0±1,5 | ≥13 |
| #700 | ≤45 | ≤37 | 17,0±1,5 | ≥11 |
| #800 | ≤38 | ≤31 | 14,0±1,0 | ≥9,0 |
| #1000 | ≤32 | ≤27 | 11,5±1,0 | ≥7,0 |
| #1200 | ≤27 | ≤23 | 9,5±0,8 | ≥5,5 |
| #1500 | ≤23 | ≤20 | 8,0±0,6 | ≥4,5 |
| #2000 | ≤19 | ≤17 | 6,7±0,6 | ≥4,0 |
| #2500 | ≤16 | ≤14 | 5,5±0,5 | ≥3,0 |
| #3000 | ≤13 | ≤11 | 4,0±0,5 | ≥2,0 |
| #4000 | ≤11 | ≤8,0 | 3,0±0,4 | ≥1,8 |
| #6000 | ≤8,0 | ≤5,0 | 2,0±0,4 | ≥0,8 |
| #8000 | ≤6,0 | ≤3,5 | 1,2±0,3 | ≥0,6 |
Informações de contacto
Razões para a utilização de carboneto de silício verde em compósitos SiC/Al – Zhengzhou Haixu Abrasives Co., Ltd.
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E-mail: cassiel@zzhaixu.cn
Web: https://whitefusedalumina.cn/
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