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Silicación

La silicación es un proceso importante en la fabricación de materiales compuestos modernos de matriz cerámica reforzada con fibra de carbono. Estos materiales muestran propiedades superiores tales como su alta estabilidad térmica, alta conductividad térmica, baja densidad y alta resistencia a la abrasión.

Dichas propiedades hacen que los compuestos de C/C – SiC sean la primera opción en aplicaciones con atmósferas altamente oxidantes y temperaturas muy altas. Estos se usan, por ejemplo, en los álabes de sistemas de propulsión de cohetes, pastillas de freno de automóviles de carreras, chalecos antibalas y sistemas de protección térmica de naves espaciales (reentrada atmosférica).

Un proceso de fabricación importante de estos materiales es la infiltración de silicio líquido (LSI) en compuestos C/C porosos. En comparación con otros procesos como la infiltración de vapor químico, la infiltración de silicio líquido es un proceso rápido y de precio competitivo que puede realizarse en un horno de grafito HTBL GR de Carbolite Gero.

Durante el tratamiento térmico en el horno, el silicio que se encuentra en la superficie del C/C poroso es fundido y se difunde en los poros del material. La matriz de carbono reacciona entonces con el silicio formando SiC. El material resultante tiene una alta densidad, con regiones donde domina el C/C y otras donde domina el SiC.

Gracias al diseño que ofrece libre acceso a la muestra por todos lados, el horno HTBL es óptimo para esta aplicación. El control automático por software permite la operación sin vigilancia y garantiza el registro apropiado de los datos.

HTBL 80 GR/22-1G: Horno de carga inferior para silicación con un volumen útil de 80 l y una temperatura máxima de 2200 °C. El mecanismo basculante de la solera permite el acceso a la muestra por todos lados.

HTBL 80 GR/22-1G: Horno de carga inferior para silicación con un volumen útil de 80 l y una temperatura máxima de 2200 °C. El mecanismo basculante de la solera permite el acceso a la muestra por todos lados.

Plantas de pirólisis y silicación de Carbolite Gero

La imagen de la derecha muestra una planta diseñada por Carbolite Gero para pirólisis y silicación. La primera unidad se emplea para el proceso de pirólisis de materiales a base de carbono, el cual puede realizarse en modo de presión parcial. Esto significa que el valor de la presión total en el horno se encuentra por debajo del de la presión atmosférica. Al mismo tiempo, el horno es alimentado con un gas inerte.

La temperatura típica para realizar el desbanderizado es de 400 °C a 600 °C. Entre estos dos valores, el aglutinante se evapora por el calentamiento en combinación con la presión parcial. Gracias al direccionamiento del flujo de gas caliente hacia la salida de gases, el aglutinante es succionado fuera del horno hacia la bomba de vacío, la cual consiste en una bomba de aceite nuevo de diseño especial capaz de bombear el aglutinante. Finalmente, el aglutinante es quemado en una cámara de postcombustión.

El segundo horno HTBL se emplea para el proceso de silicación. El punto de fusión del silicio es de 1410 °C. El horno ha sido diseñado para operar a una temperatura de hasta 2000 °C. En las imágenes de abajo se muestra un material a base de carbono antes y después del proceso de silicación.

El horno HTBL para silicación ha sido equipado con una bomba de vacío previa y una bomba de roots en la parte superior. Este cuenta con 3 zonas de calentamiento que garantizan una distribución uniforme de la temperatura en la cámara del horno.

Ambos hornos se instalaron con éxito en una planta de producción de un cliente.

Instalación de dos hornos HTBL 80 GR/22-1G donde el cliente. Un horno HTBL se va a usar para pirólisis, y el otro para el proceso de silicación.

Instalación de dos hornos HTBL 80 GR/22-1G donde el cliente. Un horno HTBL se va a usar para pirólisis, y el otro para el proceso de silicación.

Bomba Roots

Bomba de roots para la evacuación hasta el rango de vacío fino. Para el proceso de eliminación del aglutinante bajo presión parcial se emplea una bomba de aceite nuevo. La unidad de bombeo va montada sobre un soporte independiente.

Silicación - figura 4

Piezas antes de la silicación: estas se han posicionado de forma perpendicular a las barras de grafito paralelas. La siguiente imagen muestra el mismo crisol después de la silicación.

Silicación - figura 5

El mismo crisol después de la silicación: algunas piezas han cambiado su posición.

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