MarinaPresas_DEA
Páginas: 40 (9995 palabras)
Publicado: 21 de septiembre de 2015
E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
Microestructura y propiedades
mecánicas del SiC biomórfico
Trabajo de Investigación Tutelado
Alumno: Marina Presas Mata
Programa: Diseño Avanzado de Estructuras. Fundamentos y Aplicaciones
Código: 41000573 (Propiedades mecánicas de materiales Compuestos)
Curso: 2003-2004
1. INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO 1Introducción
1.1 Planteamiento del problema
El carburo de silicio (SiC) es un material relativamente nuevo (fue descubierto y fabricado por
primera vez hace unos cien años). En la actualidad es apreciado como un material especialmente
adecuado para aplicaciones estructurales, donde las propiedades fundamentalmente valoradas
son: la dureza (próxima a la del diamante), la resistencia a altas temperaturas,una alta
conductividad térmica, un bajo coeficiente de expansión térmica y una buena resistencia al
desgaste y a la abrasión. Por otra parte, su carácter semiconductor, su capacidad de soportar altas
temperaturas sin que se degraden sus propiedades mecánicas, y su baja densidad hacen de él un
claro candidato a sustituir al silicio y al galio en aplicaciones de tipo electrónico (diodos,transistores y circuitos integrados). Además, su conductividad térmica es tres veces superior a la
del silicio y diez veces superior a la del galio.
1. INTRODUCCIÓN
2
En la actualidad, han sido reconocidas alrededor de 140 variaciones microestructurales del
SiC, cada una asociada con ciertos parámetros de formación del mismo, y que dan lugar a
diferencias sutiles en sus propiedades.
Las propiedades deeste material cerámico, y de los materiales compuestos de matriz SiC,
hacen que se usen en la actualidad en multitud de aplicaciones: componentes de turbinas;
industria de la automoción; blindajes y armaduras; aplicaciones como semiconductor; piezas
resistentes a la corrosión; tubos entre intercambiadores de calor; válvulas y asientos de válvulas;
componentes para alta temperatura como vigas,postes y rodillos; componentes de válvulas
redondas; intercambiadores de calor; frenos; equipamiento de fundición;…
Debido a las grandes ventajas que ofrece el SiC se han desarrollado tradicionalmente varios
métodos para la obtención del mismo. Entre estos métodos destacan: deposición química en fase
vapor (CVD), compactado por reacción (Reaction Bonded SiC), sinterizado, sinterizado en
caliente conpresión, síntesis autopropagada a alta temperatura (SHS) y formación a partir de
espumas poliméricas. Veamos sus principales características:
•
La deposición química en fase vapor (CVD) es un proceso en el cual agentes químicos
en fase vapor reaccionan con una superficie caliente (usualmente grafito) para formar
un material sólido cristalino. El proceso es relativamente lento, pero da lugar a unSiC
de densidad 100% y alta pureza (99.995%). La extrema dureza y baja porosidad del
CVD-SiC hace que se puedan conseguir superficies de baja rugosidad. Asimismo, esta
dureza hace que el desvastado y mecanizado del material obtenido sean lentos y
difíciles hasta conseguir formas adecuadas a los usos finales.
•
El compactado por reacción es un proceso de moldeado en el cual se mezcla polvo de
SiCcon agua y agentes ligantes para obtener una suspensión de partículas insolubles.
Esta suspensión se moldea en el recipiente adecuado a la forma final deseada y a
continuación se seca en frío para eliminar el agua. El producto obtenido se sinteriza
para formar una estructura porosa de SiC. A continuación, en un proceso a alta
temperatura, se introduce silicio en la estructura porosa y se obtieneuna estructura de
1. INTRODUCCIÓN
3
densidad 100%, que consiste en una red de carburo de silicio con regiones aisladas de
silicio libre (10-30%). En el proceso de compactado por reacción el material sufre una
contracción de menos del 0.5%.
•
El sinterizado del SiC se realiza a partir de partículas de tamaño inferior a la micra, que
son sometidas a temperaturas del orden de 2500 oC. El boro y...
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
Microestructura y propiedades
mecánicas del SiC biomórfico
Trabajo de Investigación Tutelado
Alumno: Marina Presas Mata
Programa: Diseño Avanzado de Estructuras. Fundamentos y Aplicaciones
Código: 41000573 (Propiedades mecánicas de materiales Compuestos)
Curso: 2003-2004
1. INTRODUCCIÓN
1
CAPÍTULO 1Introducción
1.1 Planteamiento del problema
El carburo de silicio (SiC) es un material relativamente nuevo (fue descubierto y fabricado por
primera vez hace unos cien años). En la actualidad es apreciado como un material especialmente
adecuado para aplicaciones estructurales, donde las propiedades fundamentalmente valoradas
son: la dureza (próxima a la del diamante), la resistencia a altas temperaturas,una alta
conductividad térmica, un bajo coeficiente de expansión térmica y una buena resistencia al
desgaste y a la abrasión. Por otra parte, su carácter semiconductor, su capacidad de soportar altas
temperaturas sin que se degraden sus propiedades mecánicas, y su baja densidad hacen de él un
claro candidato a sustituir al silicio y al galio en aplicaciones de tipo electrónico (diodos,transistores y circuitos integrados). Además, su conductividad térmica es tres veces superior a la
del silicio y diez veces superior a la del galio.
1. INTRODUCCIÓN
2
En la actualidad, han sido reconocidas alrededor de 140 variaciones microestructurales del
SiC, cada una asociada con ciertos parámetros de formación del mismo, y que dan lugar a
diferencias sutiles en sus propiedades.
Las propiedades deeste material cerámico, y de los materiales compuestos de matriz SiC,
hacen que se usen en la actualidad en multitud de aplicaciones: componentes de turbinas;
industria de la automoción; blindajes y armaduras; aplicaciones como semiconductor; piezas
resistentes a la corrosión; tubos entre intercambiadores de calor; válvulas y asientos de válvulas;
componentes para alta temperatura como vigas,postes y rodillos; componentes de válvulas
redondas; intercambiadores de calor; frenos; equipamiento de fundición;…
Debido a las grandes ventajas que ofrece el SiC se han desarrollado tradicionalmente varios
métodos para la obtención del mismo. Entre estos métodos destacan: deposición química en fase
vapor (CVD), compactado por reacción (Reaction Bonded SiC), sinterizado, sinterizado en
caliente conpresión, síntesis autopropagada a alta temperatura (SHS) y formación a partir de
espumas poliméricas. Veamos sus principales características:
•
La deposición química en fase vapor (CVD) es un proceso en el cual agentes químicos
en fase vapor reaccionan con una superficie caliente (usualmente grafito) para formar
un material sólido cristalino. El proceso es relativamente lento, pero da lugar a unSiC
de densidad 100% y alta pureza (99.995%). La extrema dureza y baja porosidad del
CVD-SiC hace que se puedan conseguir superficies de baja rugosidad. Asimismo, esta
dureza hace que el desvastado y mecanizado del material obtenido sean lentos y
difíciles hasta conseguir formas adecuadas a los usos finales.
•
El compactado por reacción es un proceso de moldeado en el cual se mezcla polvo de
SiCcon agua y agentes ligantes para obtener una suspensión de partículas insolubles.
Esta suspensión se moldea en el recipiente adecuado a la forma final deseada y a
continuación se seca en frío para eliminar el agua. El producto obtenido se sinteriza
para formar una estructura porosa de SiC. A continuación, en un proceso a alta
temperatura, se introduce silicio en la estructura porosa y se obtieneuna estructura de
1. INTRODUCCIÓN
3
densidad 100%, que consiste en una red de carburo de silicio con regiones aisladas de
silicio libre (10-30%). En el proceso de compactado por reacción el material sufre una
contracción de menos del 0.5%.
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El sinterizado del SiC se realiza a partir de partículas de tamaño inferior a la micra, que
son sometidas a temperaturas del orden de 2500 oC. El boro y...
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