cómo fabricar cerámica de carburo de silicio

### Introducción a la cerámica de carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC), también conocido como carborundo, es un semiconductor que contiene silicio y carbono. Se encuentra en la naturaleza en forma de moissanita, un mineral extremadamente raro, pero se ha producido en masa en forma sintética para su uso en abrasivos, semiconductores y, cada vez más, en aplicaciones cerámicas de alto rendimiento. Las cerámicas de carburo de silicio son conocidas por su gran dureza, conductividad térmica y resistencia al choque térmico y la oxidación, lo que las hace muy eficaces en diversas aplicaciones industriales, como los frenos de automóviles, las placas cerámicas de los chalecos antibalas, los sustratos electrónicos y los componentes energéticos de alta temperatura.

### Proceso de fabricación de cerámica de carburo de silicio

La producción de cerámica de carburo de silicio implica varios pasos clave, cada uno de ellos crítico para conseguir las propiedades y características de rendimiento deseadas en el producto final. A continuación, exploraremos estos pasos en detalle.

#### 1. SELECCIÓN DE LA MATERIA PRIMA Selección de materias primas

El primer paso en la creación de cerámica de carburo de silicio es la selección de polvo de carburo de silicio de gran pureza. Este polvo suele tener una pureza de 98,5% o superior y se elige en función del tamaño de grano y la distribución necesarios para la aplicación final. El polvo puede producirse mediante varios métodos, como el proceso Acheson, la deposición química en fase vapor (CVD) y otros.

#### 2. Preparación y mezcla del polvo

Una vez seleccionado el polvo de carburo de silicio, se mezcla con diversos aditivos y aglutinantes para mejorar las propiedades del producto final. Entre los aditivos más comunes se encuentran los coadyuvantes de sinterización, como el carburo de boro o la alúmina, que ayudan en el proceso de densificación. A continuación, la mezcla se muele para conseguir una distribución uniforme del tamaño de las partículas, que es crucial para garantizar unas propiedades uniformes en toda la cerámica.

#### 3. Conformación

A continuación, el polvo mezclado se moldea para darle la forma deseada. Para ello se pueden utilizar varios métodos, en función de la complejidad y el tamaño del componente. Entre las técnicas de moldeado más comunes se incluyen:

- Prensado en seco:** Adecuado para formas relativamente sencillas, en las que el polvo se prensa en un molde a alta presión.
- **Prensado isostático:** Se utiliza para una distribución más uniforme de la densidad, con un molde sometido a presión desde todas las direcciones en un medio líquido.
- Moldeo por inyección:** Ideal para formas complejas, donde la mezcla de polvo y aglutinante se calienta y se inyecta en un molde.
- Fundición en barbotina:** Se utiliza para formas y tamaños intrincados y consiste en verter una lechada cerámica en un molde poroso.

#### 4. Mecanizado en verde

Una vez moldeada, la cerámica "verde" (sin cocer) puede mecanizarse con herramientas de precisión para conseguir tolerancias más estrechas o detalles más finos. Este paso debe realizarse antes de la sinterización, ya que el carburo de silicio se vuelve extremadamente duro y difícil de mecanizar tras la cocción.

#### 5. SINTERIZACIÓN Sinterización

La sinterización es un paso crítico en el que el cuerpo verde moldeado se calienta a una temperatura inferior al punto de fusión del carburo de silicio, pero lo suficientemente alta como para permitir que las partículas se unan entre sí. La temperatura y la atmósfera de sinterización dependen del tipo de cerámica de carburo de silicio que se produzca. Normalmente, las temperaturas oscilan entre 2.000 °C y 2.400 °C en una atmósfera inerte. La sinterización densifica el cuerpo y le confiere resistencia mecánica.

#### 6. Tratamientos posteriores a la sinterización

Tras la sinterización, pueden ser necesarios tratamientos adicionales para conseguir las propiedades deseadas. Estos pueden incluir:

- **Prensado isostático en caliente (HIP):** Para eliminar cualquier porosidad residual y mejorar la uniformidad de la microestructura.
- Mecanizado y acabado:** Debido a su dureza, se requieren herramientas diamantadas especializadas para el mecanizado del carburo de silicio.
- Esmaltado o revestimiento:** Para mejorar las propiedades de la superficie, como la resistencia a la corrosión o al desgaste.

### Aplicaciones de la cerámica de carburo de silicio

Debido a sus excepcionales propiedades, las cerámicas de carburo de silicio encuentran aplicaciones en diversos campos de alto rendimiento. Entre ellos se incluyen:

- Boquillas y otros componentes resistentes al desgaste** en entornos abrasivos.
- Tubos intercambiadores de calor** para aplicaciones de alta temperatura.
- Sustratos electrónicos y disipadores de calor** en electrónica, debido a su conductividad térmica y propiedades eléctricas.
- **Aplicaciones energéticas** en reactores nucleares y como soportes de pilas de combustible de óxido sólido.

### Conclusión

La fabricación de cerámica de carburo de silicio es un proceso complejo que requiere un control minucioso de los materiales, los procesos y las condiciones ambientales. Cada paso, desde la selección de las materias primas hasta los tratamientos posteriores a la sinterización, desempeña un papel crucial en la determinación de las propiedades y la idoneidad de las cerámicas de carburo de silicio para aplicaciones específicas. A medida que avanza la tecnología, se espera que crezca la demanda de cerámicas de carburo de silicio, impulsada por sus propiedades únicas y la creciente gama de aplicaciones que pueden abordar.