Carburo de silicio ligado por reacción (SiSiC) frente a carburo de silicio sinterizado sin presión (SSiC): Una comparación técnica

Las cerámicas de carburo de silicio se utilizan ampliamente en semiconductores, altas temperaturas y entornos industriales corrosivos. Entre ellos, Carburo de silicio ligado por reacción (SiSiC) y Carburo de silicio sinterizado sin presión (SSiC) representan dos sistemas de materiales fundamentalmente diferentes. Aunque ambos se basan en SiC, sus composición, microestructura, límites de rendimiento y estructura de costes difieren significativamente.

Composición del material

SiSiC (carburo de silicio ligado por reacción)

El SiSiC se produce infiltrando silicio fundido en una preforma porosa de carbono o SiC-carbono. Durante la infiltración, el silicio reacciona con el carbono para formar SiC secundario, mientras que una parte de queda silicio libre en la estructura final.

Composición típica (en peso):

SiC: ≥ 83%
Free Si: ≤ 16%

La presencia de silicio libre mejora la densificación y la estabilidad dimensional, pero define los límites superiores de temperatura y corrosión del material.

SSiC (carburo de silicio sinterizado sin presión)

El SSiC se fabrica a partir de polvo de SiC de gran pureza y se densifica mediante sinterización en estado sólido sin presión externa. La microestructura resultante es casi 100% SiC, con límites de grano limpios y sin fase de silicio libre.

Pureza típica:

Contenido de SiC: ≈ 99%

Propiedades físicas y mecánicas

Densidad y porosidad

SiSiC: Densidad ≥ 3,02 g/cm³, porosidad ≤ 0,3%
SSiC: Densidad ≈ 3,15 g/cm³, porosidad abierta casi nula.

Su mayor densidad y pureza confieren al SSiC una fiabilidad mecánica superior en condiciones extremas.

Resistencia y propiedades elásticas

Propiedad	SiSiC	SSiC
Resistencia a la flexión (20 °C)	≥ 250 MPa	≈ 450 MPa
Resistencia a la flexión (1200 °C)	≥ 280 MPa	Mantiene una alta resistencia
Módulo elástico	≥ 300 GPa	≈ 430 GPa
Resistencia a la fractura	-	≈ 4 MPa-m¹ᐟ²
Relación de Poisson	-	0.14

Rendimiento térmico

Propiedad	SiSiC	SSiC
Conductividad térmica (25 °C)	≥ 140 W/m-K	≈ 110 W/m-K
Coeficiente de dilatación térmica	(4.5 ± 0.5) ×10-⁶ /K	≈ 4.0 ×10-⁶ /K
Temperatura máxima de servicio	~1350 °C	>1600 °C
Punto de fusión	-	~2800 °C
Calor específico	-	0,8 J/g-K

Propiedades eléctricas

Propiedad	SSiC
Constante dieléctrica (1 MHz)	≈ 10
Pérdida dieléctrica (1 MHz)	≈ 0.001
Rigidez dieléctrica	~1 × 10⁶ V/cm
Resistividad eléctrica	10⁷-10⁹ Ω-cm

El SSiC ofrece un comportamiento aislante estable en una amplia gama de temperaturas, lo que lo hace adecuado para entornos electrónicos de alta fiabilidad.