En el siglo XXI, con los avances en ciencia y tecnología, el desarrollo de la productividad moderna se ha concentrado en áreas como la tecnología de la información, la energía, los materiales y la bioingeniería. Los materiales de carburo de silicio (SiC), debido a sus propiedades químicas estables, alta conductividad térmica, bajo coeficiente de expansión térmica, baja densidad, excelente resistencia al desgaste, alta dureza, resistencia mecánica y resistencia a la corrosión química, han emergido rápidamente en el campo de los materiales.

Los cerámicos de SiC se originaron en la década de 1960. Antes de eso, el SiC se utilizaba principalmente como material abrasivo y refractario. Sin embargo, con la llegada de cerámicos avanzados, los cerámicos tradicionales de SiC ya no eran satisfactorios. En los últimos años, se han desarrollado cerámicos compuestos basados en SiC, mejorando el rendimiento de los materiales de fase única. Los cerámicos de SiC ahora se aplican ampliamente en rodamientos de bolas cerámicos, válvulas, materiales semiconductores, instrumentos de medición y la industria aeroespacial.

La estabilidad química del SiC está estrechamente relacionada con sus propiedades de oxidación. Si bien el SiC es propenso a la oxidación, forma una fina película de sílice (SiO₂) al oxidarse, lo que gradualmente dificulta una mayor oxidación.

Comportamiento de oxidación: En el aire, SiC comienza a oxidarse a 800°C, aunque lentamente. A medida que la temperatura aumenta, la tasa de oxidación se acelera rápidamente. En oxígeno, la tasa de oxidación es 1.6 veces más rápida que en el aire, aunque disminuye con el tiempo.

• Apariencia física: El SiC puro es un cristal incoloro y transparente. El SiC industrial presenta varios colores, incluyendo incoloro, amarillo claro, verde claro, verde oscuro, azul claro, azul oscuro y negro, con la transparencia disminuyendo a medida que el color se oscurece. El SiC se clasifica en SiC verde (incoloro a verde oscuro) y SiC negro (azul claro a negro).

El SiC verde es más quebradizo e ideal para fabricar abrasivos de autoafilado.

El SiC negro es más resistente y se utiliza de manera diferente que el SiC verde.

La preparación de polvos ultrafinos de SiC, esencial en aplicaciones de alta tecnología, se divide en tres categorías principales:

Métodos de fase sólida:

Método de reducción carbotérmica.

Método de reacción Si-C directa, que incluye síntesis autónoma de alta temperatura y aleación mecánica.

Métodos de fase líquida:

Método sol-gel.

Método de pirólisis de polímeros.

Método solvotermal.

Métodos en fase gaseosa:

Deposición química en fase vapor (CVD).

Método asistido por plasma.

c. Depósito de vapor inducido por láser.

Debido a los fuertes enlaces covalentes y al bajo coeficiente de difusión del SiC, la densificación no se puede lograr utilizando métodos convencionales de sinterización. Se deben emplear agentes de sinterización o presión externa para reducir la energía superficial o mejorar la densificación.

Cerámicas de SiC reaccionado en enlace:

α-SiC y carbono se moldean con un aglutinante y se secan. El preforma se coloca en materiales que contienen Si, se calienta por encima de 1400°C, permitiendo que el Si fundido o vaporizado se infiltre en los poros y reaccione con el carbono para formar SiC, densificando finalmente el material.

Cerámicas de SiC prensadas en caliente:

Aplicar presión durante el sinterizado acelera la difusión atómica y aumenta la eficiencia del sinterizado. Sin embargo, esto puede provocar un crecimiento de grano perpendicular a la dirección de la presión. La prensa isostática en caliente (HIP) puede mitigar este problema.

Cerámicas de SiC sinterizadas sin presión:

Este método es prometedor para la producción de componentes de SiC de formas complejas y de gran tamaño. Incluye el sinterizado en fase sólida y en fase líquida, dependiendo del mecanismo de sinterización.

Las bolas de precisión son cruciales en instrumentos de medición de redondez, giroscopios, rodamientos y dispositivos de medición precisa. Las bolas de cerámica SiC, con su ligereza, alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia a altas temperaturas y baja expansión térmica, han sido ampliamente adoptadas en rodamientos de precisión y componentes.

La alta dureza de SiC (escala de Mohs: 9,2-9,6) lo hace adecuado para abrasivos como ruedas de rectificado, papel de lija y compuestos para pulir, utilizados principalmente en industrias de procesamiento mecánico. SiC se sitúa justo por debajo del diamante y del carburo de boro como un abrasivo comúnmente utilizado.

La fragilidad inherente de los cerámicos limita su aplicación en la industria aeroespacial y otros campos de alta tecnología. El refuerzo de SiC con fibras mejora la resistencia y el módulo. Los compuestos basados en SiC, con su alta tenacidad, resistencia y excelente resistencia a la oxidación, se utilizan ampliamente en aplicaciones estructurales de alta temperatura en la industria aeroespacial.