Dureza del carburo de silicio

Estructura cristalina del SIC

El carburo de silicio, como carburo sintetizado artificialmente, encuentra amplias aplicaciones en la industria, especialmente en el sector de los abrasivos. La razón por la que el carburo de silicio se utiliza frecuentemente como abrasivo reside en sus propiedades químicas y físicas inherentes. En este artículo, vamos a profundizar en el tema de la dureza del carburo de silicio.

1.Características del carburo de silicio

1.1 Composición química y estructura cristalina

Carburo de silicio El carburo de silicio (SiC) es un compuesto formado por elementos de silicio (Si) y carbono (C). Su fórmula química es SiC y, por lo general, el carburo de silicio está formado por la combinación de carbono y silicio en una proporción de 1:1. El carburo de silicio puro suele ser un cristal transparente. El carburo de silicio puro suele ser un cristal transparente; sin embargo, en aplicaciones industriales, las impurezas del carburo de silicio pueden dar lugar a variaciones de color, como las comunes carburo de silicio negro y carburo de silicio verde. El carburo de silicio suele presentar diversas estructuras cristalinas, siendo las más comunes la estructura cristalina cúbica (β-SiC) y la estructura cristalina hexagonal (α-SiC). A temperaturas superiores a 2100°C, el β-SiC transiciona a la estructura α-SiC. En la actualidad, se han identificado más de 70 formas diferentes de α-SiC. Los métodos de preparación del carburo de silicio varían.

2.Dureza del carburo de silicio

2.1 Definición y medición

La dureza es la capacidad de un material para resistir el rayado, la perforación o la indentación, y suele indicar la resistencia del material a la abrasión y el desgaste. Los métodos de medición de la dureza del carburo de silicio incluyen los cuatro siguientes:

Dureza Mohs: El Mohs La dureza del carburo de silicio suele estar entre 9-9,5.

Dureza Mohs para el carburo de silicio negro: 9.2-9.3

Dureza Mohs para el carburo de silicio verde: 9.4-9.5
Dureza de Moh

Dureza Vickers: La dureza Vickers del carburo de silicio suele oscilar entre 2800-3400 HV.

Rango de dureza Vickers para el carburo de silicio negro: 2800-3200 HV

Rango de dureza Vickers para carburo de silicio verde: 3100-3400 HV

El ensayo de dureza Vickers consiste en aplicar una carga específica a la superficie del material y medir la longitud diagonal de la indentación resultante, a partir de la cual se puede calcular el valor de dureza Vickers.

Dureza Brinell: La dureza Brinell se determina aplicando una cierta carga a la superficie del material y midiendo después el diámetro de la hendidura resultante. Generalmente, el rango de dureza Brinell para el carburo de silicio es de 2400-2800 HBS.

Rango de dureza Brinell para el carburo de silicio negro: 2400-2600 HBS

Rango de dureza Brinell para carburo de silicio verde: 2600-2800 HBS

Dureza Rockwell: La dureza Rockwell se determina aplicando cargas estáticas o dinámicas a la superficie del material y midiendo la profundidad del medidor de dureza. Generalmente,

Rango de dureza Rockwell para carburo de silicio negro: 83-87 HRA

Rango de dureza Rockwell para carburo de silicio verde: 87-92 HRA

Métodos de ensayo de la dureza

Rango de valores de prueba

Valores específicos (carburo de silicio negro)

Valores específicos (carburo de silicio verde)

Dureza Mohs

9-9.5

9.2-9.3

9.4-9.5

Dureza Vickers

2800-3400 HV

2800-3200 HV

3100-3400 HV

Dureza Brinell

2400-2800 HBS

2400-2600 HBS

2600-2800 HBS

Dureza Rockwell

83-87 HRA

87-92 HRA

2.2Factores que afectan a la dureza del carburo de silicio

Estructura cristalina: Como se ha analizado anteriormente, la estructura cristalina del carburo de silicio desempeña un papel importante. La estructura cristalina hexagonal del carburo de silicio (α-SiC) presenta generalmente una mayor dureza en comparación con la estructura cristalina cúbica (β-SiC). La disposición más apretada de los átomos en la estructura cristalina conduce a una unión más fuerte.
Estructura cristalina del SIC

Pureza: La pureza es el segundo factor que más influye en la dureza del carburo de silicio. Una menor presencia de impurezas indica una mayor pureza, correlacionándose con una mayor dureza en el carburo de silicio.

Grado de sinterización: El grado de sinterización representa el grado de calentamiento durante el proceso de fabricación del carburo de silicio. A mayor grado de sinterización, mayor dureza, ya que las temperaturas elevadas provocan el crecimiento del grano y una mayor densidad del material.

Granulometría: Los tamaños de grano más pequeños contribuyen a una mayor dureza del carburo de silicio. Esto se atribuye al hecho de que los límites de grano son puntos débiles en el material, y los granos más pequeños implican menos límites de grano.

3.Mejora de la dureza del carburo de silicio

En función de los factores que influyen en la dureza del carburo de silicio, podemos mejorar artificialmente la dureza del carburo de silicio mediante diversos métodos. Entre los métodos más comunes se encuentran el dopaje, la aleación, los tratamientos superficiales y otras técnicas.

3.1 Dopado y aleación para aumentar la dureza

El carburo de silicio puede modificar sus propiedades eléctricas y mejorar sus prestaciones mecánicas mediante el dopaje y la aleación. Entre los métodos más comunes se encuentran el dopaje en solución sólida, la implantación iónica, la deposición química de vapor, la pulvimetalurgia, seguida de la compactación y la sinterización. Gracias a estos procesos, el carburo de silicio puede mejorar considerablemente su dureza, resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste.

3.2 Tratamiento de superficies

El tratamiento superficial del carburo de silicio es otro método para aumentar su dureza. Pueden emplearse técnicas como el revestimiento y el chapado para aumentar la dureza superficial, reducir el desgaste y mejorar la lubricación.

Revestimiento:

Rociado térmico: Los materiales fundidos se pulverizan sobre la superficie para formar un revestimiento. Los materiales más comunes son la cerámica, los metales y los polímeros.

Pulverización en frío: Las partículas de material sólido se aceleran a altas velocidades y, a continuación, se pulverizan sobre la superficie de carburo de silicio. Los materiales más comunes son metales y polímeros.

Chapado:

Deposición física de vapor (PVD): Se deposita una fina película sobre la superficie de carburo de silicio. Los materiales habituales son metales, cerámicas y nitruros.

Deposición química en fase vapor (CVD): Se deposita una fina película sobre la superficie de carburo de silicio. Los materiales habituales son la cerámica y los carburos.

3.3 Aplicaciones prácticas de la mejora de la dureza del carburo de silicio

La selección de tecnologías y materiales adecuados para satisfacer los requisitos específicos de cada aplicación es crucial. La mejora de la dureza del carburo de silicio encuentra aplicaciones prácticas en diversos campos, tales como herramientas de corte de cerámica SiC:N, componentes aeroespaciales de cerámica SiC, materiales de embalaje de dispositivos electrónicos de cerámica SiC, juntas artificiales de cerámica SiC, y más. La mejora de la dureza del carburo de silicio amplía su rango de aplicación y aumenta su valor en diversas industrias.

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PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cómo se define la dureza del carburo de silicio?

Contesta: La dureza es la capacidad de un material para resistir arañazos, perforaciones o hendiduras, y suele indicar la resistencia del material a la abrasión y el desgaste. La dureza del carburo de silicio puede medirse utilizando la dureza Mohs, la dureza Vickers, la dureza Brinell y la dureza Rockwell.

¿Cómo afecta la estructura cristalina del carburo de silicio a su dureza?

Contesta: El carburo de silicio tiene varias estructuras cristalinas, incluida la estructura cristalina cúbica (β-SiC) y la estructura cristalina hexagonal (α-SiC). Por lo general, el carburo de silicio hexagonal presenta mayor dureza que el carburo de silicio cúbico debido a su estructura cristalina más cerrada y a un enlace atómico más fuerte.

¿Cómo se mide la dureza del carburo de silicio?

Contesta: La dureza del carburo de silicio puede medirse utilizando la dureza Mohs, la dureza Vickers, la dureza Brinell y la dureza Rockwell. Estos métodos consisten en aplicar una carga a la superficie del material y medir la indentación resultante o el valor de dureza para evaluar la dureza.

¿Qué factores influyen en la dureza del carburo de silicio?

Contesta: Entre los factores que influyen en la dureza del carburo de silicio se encuentran la estructura cristalina (mayor dureza para la estructura hexagonal), la pureza (una mayor pureza conlleva una mayor dureza), el grado de sinterización (un mayor grado de sinterización conlleva una mayor dureza) y el tamaño del grano (los granos más pequeños contribuyen a una mayor dureza).

¿Cómo se puede aumentar la dureza del carburo de silicio?

Contesta: La dureza del carburo de silicio puede mejorarse mediante métodos como el dopaje, la aleación y el tratamiento superficial. Los métodos de dopaje y aleación incluyen el dopaje en solución sólida y la implantación de iones, mientras que los métodos de tratamiento superficial incluyen el recubrimiento y el chapado para aumentar la dureza superficial, reducir el desgaste y mejorar la lubricación.

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