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Questions and Answers
¿Cuál de las siguientes es una propiedad del carburo de silicio (SiC)?
¿Cuál de las siguientes es una propiedad del carburo de silicio (SiC)?
El SiC presenta solo una forma cristalina polimórfica.
El SiC presenta solo una forma cristalina polimórfica.
False
¿Cuál es la estructura cristalina estable del SiC a temperaturas menores?
¿Cuál es la estructura cristalina estable del SiC a temperaturas menores?
ß-SiC
El SiC se obtiene a través de varios métodos que resultan en una variación de ______, ______ y ______.
El SiC se obtiene a través de varios métodos que resultan en una variación de ______, ______ y ______.
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Relaciona las formas cristalinas del SiC con sus características:
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¿Cuál es una ventaja significativa del SiC en comparación con otros materiales?
¿Cuál es una ventaja significativa del SiC en comparación con otros materiales?
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El carburo de silicio tiene una baja dureza en comparación con otros cerámicos.
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Menciona un método de obtención de SiC en polvo.
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¿Cuál es el rango de la resistencia a la flexión del SiC?
¿Cuál es el rango de la resistencia a la flexión del SiC?
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La tenacidad de fractura del SiC aumenta con la temperatura sin importar el tipo de SiC obtenido.
La tenacidad de fractura del SiC aumenta con la temperatura sin importar el tipo de SiC obtenido.
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¿Qué método se utiliza para determinar la dureza del SiC?
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El SiC obtenido por sinterización reactiva es atacado por __________ y __________.
El SiC obtenido por sinterización reactiva es atacado por __________ y __________.
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Relaciona las propiedades del SiC con sus características:
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¿Qué tipo de SiC se obtiene a temperaturas superiores a 2600 ºC?
¿Qué tipo de SiC se obtiene a temperaturas superiores a 2600 ºC?
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El coque utilizado en la reducción carbotérmica puede tener un alto contenido en azufre.
El coque utilizado en la reducción carbotérmica puede tener un alto contenido en azufre.
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¿Cuánto tiempo requiere el proceso de reducción en horno eléctrico?
¿Cuánto tiempo requiere el proceso de reducción en horno eléctrico?
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La reacción en la zona interior del horno produce SiC sin impurezas y de color _____
La reacción en la zona interior del horno produce SiC sin impurezas y de color _____
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Asocia los tipos de SiC con su método de obtención:
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¿Cuál de los siguientes aditivos facilita la eliminación de CO?
¿Cuál de los siguientes aditivos facilita la eliminación de CO?
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¿Cuál de los siguientes métodos de conformado es el más barato?
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La zone externa del horno presenta SiC con alta pureza.
La zone externa del horno presenta SiC con alta pureza.
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La compactación isostática en caliente es un método económico para la conformación de polvos de SiC.
La compactación isostática en caliente es un método económico para la conformación de polvos de SiC.
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¿Qué compuesto se puede utilizar para la obtención de α-SiC en síntesis en fase gaseosa?
¿Qué compuesto se puede utilizar para la obtención de α-SiC en síntesis en fase gaseosa?
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Menciona dos tipos de sinterizado mencionados.
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La _______ es necesaria para que el proceso de sinterización se lleve a cabo adecuadamente.
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La temperatura de reacción para obtener β-SiC es inferior a _____ ºC.
La temperatura de reacción para obtener β-SiC es inferior a _____ ºC.
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Relaciona los métodos de conformado con sus características:
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¿Cuál de las siguientes opciones NO es una materia prima para la reducción carbotérmica?
¿Cuál de las siguientes opciones NO es una materia prima para la reducción carbotérmica?
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¿Qué efecto tiene el carbono (C) en la sinterización?
¿Qué efecto tiene el carbono (C) en la sinterización?
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La compactación isostática en frío se utiliza para obtener formas simples como discos y anillos.
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¿Cuál es el principal uso del método de slip casting?
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El _____ es un proceso que debe realizarse después de inyectar la mezcla en el moldeo por inyección.
El _____ es un proceso que debe realizarse después de inyectar la mezcla en el moldeo por inyección.
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¿Cuál de los siguientes no es uno de los elementos activadores más empleados en la sinterización?
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¿A qué temperatura se emplea la compresión en caliente (HPSiC)?
¿A qué temperatura se emplea la compresión en caliente (HPSiC)?
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La sinterización sin presión (SSiC) es un proceso en el que se obtiene SiC denso sin complicaciones.
La sinterización sin presión (SSiC) es un proceso en el que se obtiene SiC denso sin complicaciones.
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¿Qué materiales se añaden para mejorar la sinterización de SiC?
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La contracción mínima esperada al sinterizar es del ____%.
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Relacione los siguientes procesos con sus características:
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¿Cuál es un inconveniente de la compresión en caliente (HPSiC)?
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La adición de Al en HPSiC mejora todas las propiedades mecánicas a altas temperaturas.
La adición de Al en HPSiC mejora todas las propiedades mecánicas a altas temperaturas.
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¿Qué ocurre durante la reacción del Al2O3 con la capa de SiO2 en HPSiC?
¿Qué ocurre durante la reacción del Al2O3 con la capa de SiO2 en HPSiC?
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Para lograr un tamaño de partículas óptimo en SSiC, se recomienda que sea menor a ____ µm.
Para lograr un tamaño de partículas óptimo en SSiC, se recomienda que sea menor a ____ µm.
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¿Cuál es una propiedad final del producto obtenido por sinterización sin presión?
¿Cuál es una propiedad final del producto obtenido por sinterización sin presión?
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Study Notes
Carburo de Silicio (SiC)
- El SiC es un material cerámico estructural usado ampliamente debido a sus propiedades específicas, que incluyen:
- Alta resistencia específica
- Alto módulo de elasticidad
- Alta rigidez específica
- Baja densidad
- Alta dureza
- Resistencia a la corrosión y oxidación
- Resistencia a altas temperaturas
- Posibilidad de crear piezas de formas complejas
Estructura Cristalina del SiC
- El SiC presenta varias formas cristalinas polimórficas.
- β-SiC:
- Estable a temperaturas menores.
- Estructura apilamiento atómico basada en tetraedros de carbono con un átomo de silicio en el centro.
- Similar al diamante y a la blenda (ZnS).
- α-SiC:
- Estable a temperaturas muy altas.
- Estructuras hexagonales y rómbicas derivadas de la estructura β (por rotación de los tetraedros).
- β-SiC:
Obtención de Polvos de SiC
- Existen varios métodos para obtener SiC en polvo, cada uno produciendo partículas con diferentes tamaños, formas y pureza. La elección del método puede influir significativamente en las propiedades finales del material, incluyendo su estructura cristalina, la homogeneidad de las partículas y su reactividad química. La síntesis de SiC en polvo se lleva a cabo principalmente en entornos controlados para optimizar las características deseadas del producto final.
- La reducción carbo-térmica es un método importante:
- SiO2 + 3C → SiC + 2CO
- La temperatura de reacción determina la forma (α-SiC o β-SiC) obtenida. En este contexto, cuando se alcanzan temperaturas por encima de 2600°C, se favorece la formación de α-SiC, que tiene propiedades ópticas y mecánicas superiores, mientras que en temperaturas que oscilan entre 1500-1600°C se obtiene β-SiC, una forma que tiende a tener una mayor reactividad y es más adecuada para ciertas aplicaciones industriales.
- Las materias primas incluyen SiO2 de alta pureza (arena de cuarzo) y carbono (coque de bajo contenido en azufre). La pureza de las materias primas es crucial, ya que la presencia de impurezas puede afectar negativamente las propiedades del SiC final. Por ejemplo, el uso de arena de menor pureza podría introducir contaminantes que alteren las características mecánicas o térmicas del material.
- Aditivos como serrín facilitan la eliminación de CO, mediante reacciones secundarias que proporcionan un entorno más controlado durante la síntesis. Además, compuestos como el boro, titanio o zirconio son utilizados para mejorar la resistencia del SiC a la oxidación a altas temperaturas, lo que es esencial para aplicaciones en ambientes extremos, como en la industria aeroespacial o en componentes de motores.
Conformado de SiC
- Existen distintos métodos para conformar los polvos de SiC para obtener piezas:
- Prensado en matriz.
- Método simple y barato para obtener formas como chapas, discos y anillos.
- Compactación isostática en frío
- Permite crear formas más complejas y de mayor tamaño, como cilindros macizos y huecos.
- Moldeo por inyección (MIM):
- Usando una mezcla de polvos de SiC con ligantes, lubricantes y plastificantes.
- Estos componentes se eliminan antes del sinterizado.
- Compactación isostática en caliente (HIP):
- Método que combina presión y calor, pero es más costoso.
- Slip Casting:
- Permite crear formas complejas con paredes delgadas.
- Extrusión
- Para la obtención de tubos.
- Prensado en matriz.
El sinterizado de SiC es un proceso fundamental para la consolidación de polvos cerámicos. Este proceso implica calentar los polvos de carburo de silicio a temperaturas elevadas sin llegar a su fusión completa, lo que permite que las partículas se adhieran entre sí, formando una pieza sólida. Durante el sinterizado, se producen fenómenos como la difusión y el rearrangement de las partículas, que contribuyen a mejorar la densidad y las propiedades mecánicas del material resultante. Además, es crucial controlar la atmósfera durante el proceso para evitar la oxidación del SiC y lograr propiedades óptimas en el material final, como resistencia a la abrasión y estabilidad térmica.
- El sinterizado de SiC requiere la adición de elementos para favorecer el proceso
- Sinterizado reactivo (RBSIC):
- Impregnación de Si fundido en un compacto poroso de SiC y grafito.
- Formación de nuevo SiC para unir los granos existentes.
- El uso de polímeros es una opción alternativa al grafito como fuente de carbono.
- Compresión en caliente (HPSIC):
- El Al es usado como adición a temperaturas superiores a 2000°C.
- Sinterizado sin presión (SSIC):
- Es más difícil lograr SiC denso por este método, y se puede resolver usando partículas submicroscópicas de β-SiC y adicionando pequeñas cantidades de B y C.
- El proceso se realiza a temperaturas muy elevadas (1900-2000 °C) en vacío.
- Sinterizado reactivo (RBSIC):
Propiedades Mecánicas
- Resistencia a la flexión: Varía entre 350 y 550 MPa, dependiendo del método.
- Módulo de Weibull: mide la dispersión de la resistencia (entre 6 y 15).
- Resistencia a la tracción: Valores medios de 337 MPa.
- Módulo de Weibull entre 11.
- Tenacidad de fractura: oscila entre 3 y 5 MPa m1/2.
- Dureza: Medido mediante métodos Vickers y Knoop, con valores de 2500-2800 Kg/mm².
Otras Propiedades
- Elevada conductividad térmica
- Aplicaciones como elementos calefactores en hornos.
- Alta resistencia a la compresión (3680 MPa).
- Baja resistencia a la tracción (420 MPa).
Aplicaciones
- Motores térmicos (turbinas de gas, rotores del turbo).
- Industria abrasiva (pulido de mármol, granito).
- Industria refractaria (saggars, hornos).
- Industria metalúrgica (desoxidación, recarburación).
- Industria eléctrica (autoválvulas, resistencias).
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Description
Este cuestionario explora las propiedades y la estructura cristalina del carburo de silicio (SiC), un material cerámico conocido por su alta resistencia y dureza. También se abordan los métodos de obtención de polvos de SiC y su aplicación en diferentes industrias. Prepárate para poner a prueba tus conocimientos sobre este importante material estructural.
