El carburo de silicio (SiC) se utiliza ampliamente en la fabricación de crisoles debido a sus excepcionales propiedades térmicas, mecánicas y químicas. Los crisoles de SiC son especialmente valiosos en aplicaciones de alta temperatura, como la fusión de metales, el crecimiento de cristales (p. ej., lingotes de silicio) y el procesamiento químico . A continuación, se presenta una descripción detallada de los crisoles de SiC, incluyendo sus ventajas, tipos, métodos de fabricación y aplicaciones.
1. ¿Por qué utilizar carburo de silicio para crisoles?
Propiedades clave de los crisoles de SiC:
Alta conductividad térmica (~120 W/m·K): garantiza un calentamiento uniforme y una transferencia de calor eficiente.
Excelente resistencia al choque térmico : puede soportar cambios rápidos de temperatura sin agrietarse.
Alto punto de fusión (~2700 °C): adecuado para procesos de temperatura extrema.
Inercia química : resiste la corrosión de metales fundidos (por ejemplo, aluminio, cobre, zinc) y entornos ácidos/alcalinos.
Resistencia mecánica : la dureza (~9,5 Mohs) y la rigidez evitan la deformación bajo carga.
Larga vida útil : más duraderos que los crisoles de grafito o de arcilla-grafito en muchas aplicaciones.
2. Tipos de crisoles de SiC
(A) Crisoles de SiC sinterizado (SSiC)
Fabricado mediante sinterización sin presión o prensado en caliente de polvo de SiC de alta pureza.
Ventajas : Alta densidad, resistencia mecánica superior y excelente conductividad térmica.
Aplicaciones : Crecimiento de cristales semiconductores (por ejemplo, monocristales de silicio), fusión de metales de alta pureza.
(B) Crisoles de SiC unido por reacción (RB-SiC)
Se produce infiltrando una preforma de carbono porosa con silicio fundido, formándose SiC mediante reacción.
Ventajas : Menor costo que el SSiC, buena resistencia al choque térmico.
Desventajas : Contiene silicio libre (~8-15%), lo que reduce la resistencia química en algunos entornos.
Aplicaciones : Fusión de metales no ferrosos (por ejemplo, aluminio, latón).
(C) Crisoles de SiC unidos con arcilla
Se fabrica mezclando granos de SiC con aglutinantes de arcilla y cociéndolos.
Ventajas : Más barato, más fácil de fabricar.
Desventajas : Menor conductividad térmica y resistencia en comparación con el SiC puro.
Aplicaciones : Fundiciones para fundir metales no ferrosos.
3. Proceso de fabricación de crisoles de SiC
Preparación del polvo : Se selecciona polvo de SiC de alta pureza (generalmente α-SiC para sinterización).
Formando :
Prensado isostático (para SSiC) o colada de barbotina (para RB-SiC).
Para los crisoles aglomerados con arcilla se utiliza el prensado o extrusión tradicional.
Sinterización/Unión por reacción :
SSiC : Sinterizado a ~2.000 °C bajo atmósfera inerte.
RB-SiC : Calentado a ~1.600 °C en contacto con silicio.
Mecanizado y acabado : Rectificado a dimensiones precisas.
Control de calidad : pruebas de densidad, porosidad y resistencia al choque térmico.
4. Aplicaciones de los crisoles de SiC
| Industria | Solicitud | Tipo de SiC preferido |
|---|---|---|
| Metalurgia | Fusión de aleaciones de aluminio, cobre y zinc. | RB-SiC, aglomerado con arcilla |
| Semiconductores | Crecimiento de cristales de arseniuro de silicio/galio | SSiC (alta pureza) |
| Joyas/Vidrio | Fundición de metales preciosos, fundición de vidrio | RB-SiC, SSiC |
| Químico | Reacciones químicas corrosivas | SSiC (alta resistencia) |
5. Comparación con otros materiales de crisol
| Material | Temperatura máxima | Choque térmico | Resistencia química | Costo |
|---|---|---|---|---|
| Carburo de silicio (SSiC) | ~2.700 °C | Excelente | Excelente | Alto |
| Grafito | ~3.000 °C | Bien | Pobre (se oxida en el aire) | Medio |
| Alúmina (Al₂O₃) | ~1.800 °C | Moderado | Bien | Bajo |
| Cuarzo | ~1.200 °C | Pobre | Excelente (pero frágil) | Medio |
→ Se prefiere el SiC cuando la resistencia al choque térmico y la durabilidad son fundamentales.