Grazie alle sue buone proprietà fisiche, il carburo di silicio sinterizzato per reazione è ampiamente utilizzato come materia prima chimica di primaria importanza. Il suo campo di applicazione si articola in tre ambiti: produzione di abrasivi; produzione di componenti per il riscaldamento a resistenza, come barre in silicio-molibdeno e tubi in silicio-carbonio; produzione di prodotti refrattari. Come materiale refrattario speciale, viene utilizzato nella fusione del ferro e dell'acciaio, ad esempio per la lavorazione in altoforno, cubilotti e altri processi di stampaggio, nonché per la resistenza alla corrosione e ai danni causati da prodotti ignifughi; negli impianti di fusione di metalli rari (zinco, alluminio, rame) per la carica del forno di fusione, i tubi di trasporto del metallo fuso, i dispositivi di filtraggio, le celle di serraggio, ecc.; e nell'industria aerospaziale per la produzione di ugelli di scarico per motori a stampaggio e pale per turbine a gas naturale ad alta temperatura; nell'industria dei silicati, viene impiegato in diverse tipologie di strutture per forni industriali, per la carica di forni a resistenza a camera e per i saggar; nell'industria chimica, viene utilizzato per la generazione di gas, per i carburatori del petrolio greggio, per i forni di desolforazione dei gas di scarico e così via.
L'utilizzo del solo α-SiC nella produzione di prodotti, a causa della sua elevata resistenza, rende molto difficile la sua macinazione in polvere ultrafine su scala nanometrica. Le particelle, sotto forma di lamelle o fibre, si compattano anche se riscaldate fino alla temperatura di decomposizione, senza ottenere una piegatura evidente. Ciò impedisce la sinterizzazione, compromettendo la densificazione dei prodotti e riducendone la resistenza all'ossidazione. Pertanto, nella produzione industriale, si aggiunge una piccola quantità di polvere ultrafine sferica di β-SiC all'α-SiC, selezionando gli additivi necessari per ottenere prodotti ad alta densità. Gli additivi leganti, a seconda della tipologia, possono essere suddivisi in ossidi metallici, composti azotati, grafite ad alta purezza, argilla, ossido di alluminio, zircone, corindone di zirconio, calce in polvere, vetro stratificato, nitruro di silicio, ossinitruro di silicio, grafite ad alta purezza e così via. La soluzione acquosa dell'adesivo di formatura può essere costituita da uno o più dei seguenti componenti: idrossimetilcellulosa, emulsione acrilica, lignocellulosa, amido di tapioca, soluzione colloidale di ossido di alluminio, soluzione colloidale di biossido di silicio, ecc. A seconda del tipo di additivi e della quantità aggiunta, la temperatura di cottura del compatto non è la stessa e varia tra 1400 e 2300 °C. Ad esempio, α-SiC70% con una distribuzione granulometrica superiore a 44μm, β-SiC20% con una distribuzione granulometrica inferiore a 10μm, argilla 10%, più 4,5% di soluzione lignocellulosica 8%, miscelati uniformemente, formati con una pressione di lavoro di 50MPa, cotti in aria a 1400℃ per 4 ore, la densità apparente del prodotto è 2,53 g/cm³, la porosità apparente è 12,3% e la resistenza alla trazione è 30-33 mpa. Le proprietà di sinterizzazione di diversi tipi di prodotti con diversi additivi sono elencate nella Tabella 2.
In generale, i refrattari al carburo di silicio sinterizzati per reazione presentano elevate proprietà qualitative sotto tutti gli aspetti, come un'elevata resistenza alla compressione, un'ottima resistenza agli shock termici, una buona resistenza all'usura, un'elevata conduttività termica e resistenza alla corrosione da solventi in un ampio intervallo di temperature. Tuttavia, va anche considerato che il loro svantaggio risiede nello scarso effetto antiossidante, che causa espansione volumetrica e deformazione in ambienti ad alta temperatura, riducendo la durata utile. Al fine di garantire la resistenza all'ossidazione dei refrattari al carburo di silicio sinterizzati per reazione, sono stati effettuati numerosi studi di selezione sullo strato legante. L'applicazione di argilla (contenente ossidi metallici) per la fusione non ha tuttavia fornito un effetto tampone, lasciando le particelle di carburo di silicio soggette a ossidazione e corrosione atmosferica.
Data di pubblicazione: 21 giugno 2023