W XXI wieku, dzięki postępom w nauce i technologii, rozwój nowoczesnej produktywności skoncentrował się na obszarach takich jak technologia informacyjna, energia, materiały i inżynieria biomedyczna. Materiały z węglika krzemu (SiC), ze względu na swoje stabilne właściwości chemiczne, wysoką przewodność cieplną, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, niską gęstość, doskonałą odporność na zużycie, wysoką twardość, wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję chemiczną, szybko pojawiły się w dziedzinie materiałów.

Keramika SiC powstała w latach 60. XX wieku. Przed tym SiC był głównie używany jako materiał ścierny i ogniotrwały. Jednak wraz z nadejściem zaawansowanych ceramik, tradycyjne ceramiki SiC przestały być satysfakcjonujące. W ostatnich latach opracowano ceramiki kompozytowe oparte na SiC, poprawiając wydajność materiałów jednofazowych. Ceramika SiC jest obecnie szeroko stosowana w łożyskach kulkowych ceramicznych, zaworach, materiałach półprzewodnikowych, przyrządach pomiarowych i przemyśle lotniczym.

Stabilność chemiczna SiC jest ściśle związana z jego właściwościami utleniania. Chociaż SiC jest podatne na utlenianie, tworzy cienką warstwę krzemionki (SiO₂) podczas utleniania, która stopniowo hamuje dalsze utlenianie.

Zachowanie utleniania: W powietrzu SiC zaczyna utleniać się w temperaturze 800°C, choć powoli. Wraz ze wzrostem temperatury tempo utleniania gwałtownie przyspiesza. W tlenie tempo utleniania jest 1,6 raza szybsze niż w powietrzu, chociaż zmniejsza się z czasem.

• Wygląd fizyczny: Czysty SiC to bezbarwny, przezroczysty kryształ. SiC przemysłowy występuje w różnych kolorach, w tym bezbarwnym, jasnożółtym, jasnozielonym, ciemnozielonym, jasnoniebieskim, ciemnoniebieskim i czarnym, przy czym przezroczystość maleje wraz z ciemnieniem koloru. SiC jest klasyfikowany na zielony SiC (bezbarwny do ciemnozielonego) i czarny SiC (jasnoniebieski do czarnego).

Zielony SiC jest bardziej kruchy i idealny do produkcji ściernic samoostrzących.

Czarna SiC jest twardsza i używana inaczej niż zielona SiC.

Przygotowanie ultradrobnych proszków SiC, kluczowych w zastosowaniach high-tech, dzieli się na trzy główne kategorie:

Metody faz stałych:

Metoda redukcji karbotermalnej.

Metoda bezpośredniej reakcji Si-C, w tym wysokotemperaturowa samopowtarzalna synteza i stopienie mechaniczne.

Metody w fazie ciekłej:

Metoda sol-gel.

Metoda pirolizy polimeru.

Metoda solwotermalna.

Metody w fazie gazowej:

Osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD).

Metoda wspomagana plazmą.

c. Laser-induced vapor deposition. Laserowe osadzanie parą.

Ze względu na silne wiązania kowalencyjne i niski współczynnik dyfuzji SiC, zagęszczenie nie może być osiągnięte za pomocą konwencjonalnych metod spiekania. Aby obniżyć energię powierzchniową lub zwiększyć zagęszczenie, konieczne jest zastosowanie środków spiekających lub zewnętrznego ciśnienia.

Keramika z węgliku krzemu wiązanego reakcyjnie:

α-SiC i węgiel są formowane z łącznikiem i suszone. Przekładka jest umieszczana w materiałach zawierających Si, podgrzewana powyżej 1400°C, co pozwala na wniknięcie stopionego lub wyparowanego Si do porów i reakcję z węglem w celu utworzenia SiC, ostatecznie zagęszczając materiał.

Keramika SiC w gorącej prasie:

Nakładanie ciśnienia podczas spiekania przyspiesza dyfuzję atomów i zwiększa wydajność spiekania. Jednakże może to prowadzić do wzrostu ziarna prostopadle do kierunku ciśnienia. Gorące prasowanie izostatyczne (HIP) może złagodzić ten problem.

Bezkompresyjne ceramiki SiC spiekane:

Ta metoda jest obiecująca dla produkcji skomplikowanych, dużych elementów SiC o złożonym kształcie. Obejmuje spiekanie fazowe i ciekłą fazę spiekania, w zależności od mechanizmu spiekania.

Kulki precyzyjne są kluczowe w przyrządach do pomiaru okrągłości, żyroskopach, łożyskach i precyzyjnych urządzeniach pomiarowych. Konwencjonalne kulki metalowe są podatne na zużycie i deformację z powodu temperatury. Kulki ceramiczne SiC, ze względu na swoją lekkość, wysoką twardość, odporność na zużycie, odporność na wysoką temperaturę i niskie rozszerzalność cieplną, zostały szeroko przyjęte w precyzyjnych łożyskach i elementach.

Wysoka twardość SiC (skala Mohsa: 9,2–9,6) sprawia, że jest odpowiedni do środków ściernych, takich jak koła szlifierskie, papier ścierny i pasty polerskie, głównie stosowane w przemyśle obróbki mechanicznej. SiC zajmuje miejsce tuż poniżej diamentu i węgliku boru jako powszechnie stosowany środek ścierny.

Wrodzona kruchość ceramiki ogranicza jej zastosowanie w przemyśle lotniczym i innych dziedzinach high-tech. Wzmacnianie SiC włóknami poprawia wytrzymałość i moduł. Kompozyty na bazie SiC, dzięki swojej wysokiej wytrzymałości, wytrzymałości i doskonałej odporności na utlenianie, są szeroko stosowane w aplikacjach strukturalnych o wysokiej temperaturze w przemyśle lotniczym.