carboneto de silício preto para cadinho

O carboneto de silício (SiC) é amplamente utilizado no fabrico de  cadinhos  devido às suas excecionais propriedades térmicas, mecânicas e químicas. Os cadinhos de SiC são particularmente valorizados em aplicações a alta temperatura, como  a fusão de metais, o crescimento de cristais (por exemplo, lingotes de silício) e o processamento químico . Abaixo, uma visão geral detalhada dos cadinhos de SiC, incluindo as suas vantagens, tipos, métodos de fabrico e aplicações.

1.º Porquê usar carboneto de silício em cadinhos?

Principais propriedades dos cadinhos de SiC:

• Elevada condutividade térmica  (~120 W/m·K) – Garante um aquecimento uniforme e uma transferência de calor eficiente.

• Excelente resistência ao choque térmico  – pode suportar mudanças rápidas de temperatura sem fissurar.

• Ponto de fusão elevado  (~2.700°C) – Adequado para processos de temperaturas extremas.

• Inércia química  – Resiste à corrosão de metais fundidos (por exemplo, alumínio, cobre, zinco) e de ambientes ácidos/alcalinos.

• Resistência mecânica  – A dureza (~9,5 Mohs) e a rigidez evitam a deformação sob carga.

• Longa vida útil  – Mais durável do que os cadinhos de grafite ou argila-grafite em muitas aplicações.

2. Tipos de cadinhos de SiC

(A) Cadinhos de SiC sinterizado (SSiC)

• Feito por  sinterização sem pressão  ou  prensagem a quente  de pó de SiC de alta pureza.

• Vantagens : Elevada densidade, resistência mecânica superior e excelente condutividade térmica.

• Aplicações : Crescimento de cristais semicondutores (por exemplo, cristais únicos de silício), fusão de metais de elevada pureza.

(B) Cadinhos de SiC ligados por reação (RB-SiC)

• Produzido pela infiltração de uma pré-forma de carbono porosa com silício fundido, formando SiC por reação.

• Vantagens : Menor custo que o SSiC, boa resistência ao choque térmico.

• Desvantagens : Contém silício livre (~8-15%), reduzindo a resistência química em alguns ambientes.

• Aplicações : Fusão de metais não ferrosos (por exemplo, alumínio, latão).

(C) Cadinhos de SiC ligados à argila

• Feito pela mistura de grãos de SiC com ligantes de argila e queima.

• Vantagens : Mais barato, mais fácil de fabricar.

• Desvantagens : menor condutividade térmica e resistência em comparação com o SiC puro.

• Aplicações : Fundições para fusão de metais não ferrosos.

3. Processo de fabrico de cadinhos de SiC

1. Preparação do pó : É seleccionado pó de SiC de elevada pureza (geralmente α-SiC para sinterização).

2. Formando :

   • Prensagem isostática  (para SSiC) ou  fundição por deslizamento  (para RB-SiC).

   • Para cadinhos aglomerados com barro, utiliza-se a prensagem ou extrusão tradicional.

3. Sinterização/Ligação por Reacção :

   • SSiC : Sinterizado a ~2.000°C sob atmosfera inerte.

   • RB-SiC : Aquecido a ~1.600ºC em contacto com silício.

4. Maquinagem e acabamento : rectificação em dimensões precisas.

5. Controlo de qualidade : ensaios de densidade, porosidade e resistência ao choque térmico.

4. Aplicações dos cadinhos de SiC

5. Comparação com outros materiais de cadinhos

→ O SiC é preferido quando a elevada resistência ao choque térmico e a durabilidade são essenciais.