Equipos de prensado de SiC para una fabricación de alta calidad

1. Introducción: El papel crucial de los equipos de prensado de SiC en la fabricación avanzada

En el ámbito de los materiales avanzados, el carburo de silicio (SiC) destaca por sus propiedades excepcionales, lo que lo hace indispensable en una multitud de aplicaciones industriales de alto rendimiento. Desde los entornos exigentes de la fabricación de semiconductores hasta las temperaturas extremas de los motores aeroespaciales, los componentes de SiC son fundamentales. Sin embargo, el viaje desde el polvo de SiC en bruto hasta una pieza acabada de alta precisión depende en gran medida de la calidad y sofisticación de los procesos de fabricación empleados. Fundamental para esto es el equipo de prensado de carburo de silicio. Esta maquinaria no es simplemente una herramienta; es la piedra angular de la producción de componentes de SiC con la densidad, la integridad estructural y las geometrías complejas deseadas que exigen las industrias de vanguardia actuales. Los equipos de prensado de alta calidad garantizan que las piezas de SiC cumplan con las estrictas especificaciones de rendimiento, lo que impacta directamente en la fiabilidad y eficiencia de los productos finales en los que se integran. A medida que las industrias amplían cada vez más los límites de la tecnología, la demanda de componentes de SiC superiores, y por lo tanto de equipos de prensado avanzados, sigue aumentando.

La precisión y el control que ofrecen los equipos de prensado de SiC modernos son primordiales. Las variaciones menores en la presión, la temperatura o el diseño del troquel pueden conducir a diferencias significativas en las propiedades mecánicas y térmicas de la pieza de SiC final. Por lo tanto, invertir en estos equipos especializados y comprenderlos es crucial para los fabricantes que buscan ofrecer productos de carburo de silicio consistentes y de alta calidad para aplicaciones críticas en sectores como la automoción, la electrónica de potencia y la maquinaria industrial.

2. Comprensión del carburo de silicio: Un material para condiciones extremas

El carburo de silicio (SiC), un compuesto sintético de silicio y carbono, es famoso por su notable conjunto de propiedades que lo hacen adecuado para operar en condiciones extremas donde los materiales convencionales fallan. Sus características únicas requieren técnicas de fabricación especializadas, particularmente durante la etapa inicial de consolidación o prensado.

• Dureza excepcional: Clasificado justo por debajo del diamante, el SiC es increíblemente duro y resistente al desgaste, lo que lo hace ideal para aplicaciones abrasivas e intensivas en desgaste como sellos, rodamientos y boquillas.
• Alta conductividad térmica: El SiC exhibe una excelente conductividad térmica, lo que le permite disipar el calor de manera efectiva. Esto es crucial para la electrónica de potencia, los intercambiadores de calor y los equipos de procesamiento de semiconductores.
• Baja expansión térmica: Su bajo coeficiente de expansión térmica proporciona estabilidad dimensional en un amplio rango de temperaturas, minimizando el estrés y la deformación en aplicaciones de alta temperatura.
• Resistencia superior a altas temperaturas: A diferencia de muchos materiales que se debilitan significativamente a temperaturas elevadas, el SiC conserva gran parte de su resistencia mecánica, lo que lo hace adecuado para componentes de hornos, mobiliario de hornos y piezas de turbinas de gas.
• Inercia química: El SiC es altamente resistente a la corrosión y al ataque químico de la mayoría de los ácidos y álcalis, incluso a altas temperaturas. Esta propiedad es vital en los equipos de procesamiento químico y en entornos expuestos a productos químicos agresivos.
• Propiedades de los semiconductores: Ciertas formas de SiC son semiconductores de banda ancha, lo que permite la creación de dispositivos electrónicos que pueden operar a temperaturas, voltajes y frecuencias más altas que los dispositivos basados en silicio.

Estas propiedades no son inherentes al polvo de SiC en bruto; se desarrollan y optimizan mediante un procesamiento meticuloso, comenzando con una compactación precisa del polvo utilizando equipos de prensado de SiC avanzados. La etapa de prensado es fundamental para lograr la densidad y homogeneidad inicial del cuerpo verde que son fundamentales para el éxito de la sinterización posterior y el rendimiento final del componente de SiC.

3. Aplicaciones industriales clave que impulsan la demanda de componentes de SiC prensado

La combinación única de propiedades que ofrece el carburo de silicio lo convierte en un material muy solicitado en una amplia gama de industrias. La capacidad de formar formas complejas con alta precisión utilizando equipos de prensado especializados amplía aún más su aplicabilidad. A continuación, se presentan algunos sectores clave donde la demanda de componentes de SiC prensado es sólida:

Industria	Aplicaciones específicas de los componentes de SiC prensado	Propiedades clave de SiC utilizadas
Semiconductores	Componentes de manipulación de obleas (mandriles, anillos, pasadores), componentes de cámara, anillos CMP, susceptores	Alta pureza, conductividad térmica, rigidez, resistencia al desgaste, inercia química
Automoción	Discos de freno, filtros de partículas diésel (DPF), componentes para módulos de potencia de vehículos eléctricos (VE), rodamientos	Resistencia al desgaste, resistencia al choque térmico, resistencia a altas temperaturas, peso ligero
Aeroespacial	Componentes de turbinas (álabes, álabes), sustratos de espejo para telescopios, blindaje ligero	Resistencia a altas temperaturas, baja expansión térmica, rigidez, peso ligero
Electrónica de potencia	Sustratos para módulos de potencia, disipadores de calor, diodos rectificadores, MOSFET	Alta conductividad térmica, alto voltaje de ruptura, funcionamiento a alta temperatura
Energía renovable	Componentes para la fabricación de paneles solares (por ejemplo, rodillos de cerámica), piezas para sistemas de energía solar concentrada (CSP)	Estabilidad a alta temperatura, resistencia al choque térmico, resistencia al desgaste
Metalurgia	Revestimientos de hornos, mobiliario de hornos (vigas, rodillos, placas), tubos de protección de termopares, crisoles	Resistencia a altas temperaturas, resistencia al choque térmico, inercia química
Defensa	Blindaje (personal y vehículos), componentes de misiles, sistemas ópticos	Dureza, peso ligero, rendimiento a alta temperatura
Procesado químico	Sellos y rodamientos de bombas, componentes de válvulas, tubos de intercambiadores de calor, boquillas	Inercia química, resistencia al desgaste, resistencia a altas temperaturas
Fabricación de LED	Susceptores para reactores MOCVD, portadores de obleas	Alta pureza, uniformidad térmica, estabilidad a alta temperatura
Maquinaria industrial	Sellos mecánicos, rodamientos, boquillas para medios abrasivos, revestimientos resistentes al desgaste	Resistencia al desgaste, dureza, resistencia a la corrosión

En cada una de estas aplicaciones, el rendimiento y la longevidad del componente de SiC están directamente relacionados con su calidad de fabricación, que comienza con la etapa de prensado. La capacidad de producir piezas de forma casi neta con una densidad uniforme a través de equipos de prensado de carburo de silicio avanzados reduce los costos de mecanizado y el desperdicio de material, lo que convierte al SiC en una solución económicamente más viable para estas industrias exigentes.

4. Por qué los equipos de prensado de SiC avanzados cambian las reglas del juego

La transición del prensado de materiales básicos a los equipos de prensado de SiC avanzados representa un salto significativo en la capacidad de fabricación. Las prensas modernas no se limitan a aplicar fuerza; incorporan sofisticados sistemas de control, diseños de troqueles innovadores y parámetros operativos optimizados que transforman colectivamente el panorama de la fabricación de componentes de SiC. Los beneficios son múltiples y abordan muchos de los desafíos inherentes al trabajo con este material súper duro.

Los equipos de prensado de SiC avanzados ofrecen:

• Densidad y uniformidad mejoradas: El control preciso sobre la aplicación de la presión, incluidas las capacidades de prensado multiaxial (como el prensado isostático), conduce a una densidad verde más alta y uniforme en el compacto de SiC. Esto es crucial para minimizar la porosidad y lograr propiedades mecánicas superiores después de la sinterización.
• Capacidad para geometrías complejas: Las prensas modernas, junto con herramientas avanzadas, permiten la producción de piezas de SiC intrincadas y de forma casi neta. Esto reduce la necesidad de un mecanizado posterior a la prensa extenso y costoso, lo cual es particularmente desafiante para materiales duros como el SiC.
• Reducción de defectos internos: El control sofisticado de la presión y la velocidad minimiza el riesgo de grietas internas, laminaciones o gradientes de densidad dentro de la pieza prensada, lo que puede provocar fallos prematuros.
• Mayores rendimientos y reducción de residuos: Al producir piezas más cercanas a las dimensiones finales y con menos defectos, los equipos de prensado avanzados mejoran significativamente los rendimientos de fabricación y reducen el desperdicio de material. Esto es particularmente importante dado el costo de los polvos de SiC de alta pureza.
• Ciclos de producción más rápidos: Las funciones de automatización, los tiempos de configuración más rápidos y los ciclos de prensado optimizados contribuyen a aumentar el rendimiento, lo que permite a los fabricantes satisfacer las crecientes demandas del mercado de manera más efectiva.
• Control mejorado de las propiedades del material: La capacidad de controlar con precisión los parámetros de prensado permite una mejor adaptación de la microestructura del cuerpo verde, lo que a su vez influye en las propiedades finales del componente de SiC sinterizado, como la resistencia, la dureza y la conductividad térmica.
• Registro de datos y supervisión del proceso: Muchas prensas avanzadas vienen equipadas con sistemas para la supervisión en tiempo real y el registro de datos de los parámetros críticos del proceso. Esto facilita el control de calidad, la optimización del proceso y la trazabilidad.

Invertir en equipos de última generación es esencial para las empresas que aspiran a ser líderes en el suministro de componentes de SiC personalizados de alta calidad para industrias críticas como los fabricantes de semiconductores, las empresas automotrices y las empresas aeroespaciales.

5. Tipos de tecnologías y equipos de prensado de SiC

Los componentes de carburo de silicio se pueden formar utilizando varias tecnologías de prensado, cada una de ellas adecuada para diferentes volúmenes de producción, complejidades de las piezas y propiedades finales deseadas. La elección del equipo de prensado es una decisión crítica en el flujo de trabajo de fabricación. Aquí hay una descripción general de las tecnologías de prensado de SiC comunes y sus equipos asociados:

A. Prensado uniaxial (prensado con troquel)

El prensado uniaxial implica compactar el polvo de SiC en un troquel rígido aplicando presión a lo largo de un solo eje, típicamente desde una o dos direcciones (punzones superior e inferior). Es un método ampliamente utilizado para producir formas relativamente simples en grandes volúmenes.

• Equipos: Prensas mecánicas, prensas hidráulicas.
• Ventajas: Altas tasas de producción, buena exactitud dimensional para formas simples, costos de herramientas relativamente bajos para piezas simples.
• Limitaciones: Pueden producirse variaciones de densidad, especialmente en piezas más altas o piezas con geometrías complejas, debido a la fricción de la pared del troquel. Limitado a formas más simples.
• Aplicaciones: Azulejos, discos, placas, casquillos simples.

B. Prensado isostático en frío (CIP)

En CIP, el polvo de SiC se carga en un molde flexible, que luego se sumerge en una cámara de fluido. La presión hidrostática se aplica uniformemente desde todas las direcciones para compactar el polvo. Esto da como resultado una densidad verde muy uniforme.

• Equipos: Unidades CIP de bolsa húmeda (molde lleno y sellado fuera del recipiente), unidades CIP de bolsa seca (molde integrado en el recipiente a presión para una mayor automatización).
• Ventajas: Excelente uniformidad de densidad, capacidad para producir formas complejas, buena resistencia en verde, adecuado para piezas grandes.
• Limitaciones: Tasas de producción más bajas en comparación con el prensado uniaxial, el control dimensional puede ser menos preciso (a menudo requiere mecanizado en verde).
• Aplicaciones: Tubos, varillas, preformas complejas, boquillas, componentes que requieren alta uniformidad.

C. Prensado en caliente (HP)

El prensado en caliente combina la aplicación simultánea de calor y presión uniaxial. El polvo de SiC se carga en un troquel (típicamente grafito) y se calienta a altas temperaturas (por ejemplo, 1800 °C - 2200 °C) mientras se aplica presión. Esto permite la densificación con la mínima o ninguna ayuda de sinterización, lo que conduce a un SiC denso y de alta pureza.

• Equipos: Prensas calientes especializadas con atmósfera controlada (vacío o gas inerte) y capacidades de alta temperatura.
• Ventajas: Logra una densidad teórica casi completa, tamaño de grano fino, excelentes propiedades mecánicas.
• Limitaciones: Proceso lento, altos costos de equipos y operativos, limitado a formas más simples, desgaste del troquel a altas temperaturas.
• Aplicaciones: Blindaje de alto rendimiento, objetivos de pulverización catódica, piezas de desgaste especializadas donde la máxima densidad es crítica.

D. Prensado isostático en caliente (HIP)

HIP implica aplicar alta temperatura y presión de gas isostática (típicamente argón) a piezas que pueden haber sido precompactadas y, a veces, encapsuladas. Se puede utilizar para densificar completamente piezas de SiC pre-sinterizadas (sinter-HIP) o para consolidar directamente el polvo de SiC (polvo-HIP).

• Equipos: Unidades HIP capaces de alcanzar presiones muy altas (por ejemplo, 100-200 MPa) y temperaturas (por ejemplo, hasta 2000 °C).
• Ventajas: Logra una densidad completa, elimina la porosidad interna, mejora significativamente las propiedades mecánicas, puede curar defectos en piezas pre-sinterizadas.
• Limitaciones: Costos de equipos y operativos muy altos, proceso complejo, a menudo requiere encapsulación para la consolidación del polvo.
• Aplicaciones: Componentes críticos para aplicaciones aeroespaciales, de defensa y industriales exigentes donde se requiere el máximo rendimiento y fiabilidad. A menudo se utiliza como un paso posterior a la sinterización para otros tipos de SiC.

La selección del equipo y la tecnología de prensado de SiC adecuados depende en gran medida de los requisitos específicos de la aplicación, las propiedades del material deseadas, el volumen de producción y las consideraciones de costos. Para las empresas de fabricación de electrónica de potencia o energía renovable, lograr propiedades térmicas y eléctricas específicas a través del control preciso de la densidad es primordial.

6. Consideraciones de diseño críticas para los componentes de SiC y los procesos de prensado

El diseño de componentes de carburo de silicio para la fabricabilidad a través del prensado requiere una cuidadosa consideración tanto de las características del material como de las capacidades de la tecnología de prensado elegida. Un diseño eficaz puede reducir significativamente los costos de fabricación, mejorar la calidad de las piezas y minimizar el procesamiento posterior. Las consideraciones clave incluyen:

• Características del polvo: La distribución del tamaño de las partículas, la morfología, la pureza y la fluidez del polvo de SiC impactan directamente en su comportamiento de compactación y en las propiedades del cuerpo verde. Estos deben seleccionarse y controlarse cuidadosamente. A menudo se utilizan aditivos como aglutinantes y plastificantes para mejorar la capacidad de prensado y la resistencia en verde, pero deben eliminarse limpiamente antes o durante la sinter
• Geometría y complejidad de la pieza:
  • Relación de aspecto: Las altas relaciones longitud-diámetro o altura-anchura pueden provocar gradientes de densidad en el prensado uniaxial. El prensado isostático suele ser preferible para estas geometrías.
  • Espesor de pared: El espesor de pared uniforme es ideal. Los cambios bruscos pueden causar contracciones diferenciales y concentraciones de tensión. El espesor mínimo de pared alcanzable depende del polvo y del método de prensado.
  • Esquinas y radios: Las esquinas internas afiladas son concentradores de tensión y pueden provocar grietas durante el prensado o la sinterización. Deben incorporarse radios generosos. Las esquinas externas también deben tener radios para evitar el astillamiento y facilitar la liberación del troquel.
  • Orificios y rebajes: Los orificios pasantes paralelos a la dirección de prensado son generalmente factibles en el prensado uniaxial. Los orificios transversales o los rebajes suelen requerir herramientas más complejas, prensas de acción múltiple, o es mejor formarlos mediante mecanizado en verde después del prensado isostático.
• Diseño de troqueles y herramientas: Para el prensado uniaxial y en caliente, el diseño del troquel es fundamental. Los materiales deben soportar altas presiones y, para el prensado en caliente, altas temperaturas. Las holguras, los conos (ángulos de salida) para la expulsión de la pieza y el acabado superficial de las herramientas afectan a la calidad de la pieza y a la vida útil de la herramienta. Para el CIP, el material y el diseño del molde flexible son clave.
• Parámetros de prensado:
  • Presión: La presión aplicada debe optimizarse para lograr la densidad en verde deseada sin causar defectos como grietas o laminaciones. La rampa de presión y los tiempos de permanencia también son importantes.
  • Temperatura (para HP e HIP): El control de la temperatura es crucial para promover la densificación. Es necesario un calentamiento uniforme y perfiles de temperatura precisos.
  • Atmósfera: Para el prensado en caliente y el HIP, una atmósfera controlada (vacío o gas inerte) es esencial para evitar la oxidación o la reacción del SiC.
• Tolerancia de contracción: Las piezas de SiC suelen contraerse significativamente durante la sinterización (es común una contracción lineal del 15-25%, dependiendo de la densidad en verde y del tipo de SiC). Esta contracción debe tenerse en cuenta con precisión en el diseño de la pieza en verde y de las herramientas de prensado para lograr las dimensiones finales deseadas. Puede producirse una contracción anisotrópica, especialmente en piezas prensadas uniaxialmente.
• Expulsión y manipulación: Las piezas de SiC en verde pueden ser frágiles. El diseño debe permitir una expulsión segura del troquel y una manipulación cuidadosa antes de la sinterización.

La colaboración estrecha con un fabricante de SiC con conocimientos, como Sicarb Tech, en las primeras fases del diseño puede ayudar a optimizar el componente para un prensado eficiente y una fabricación general. Su experiencia, en particular en la personalización de componentes de SiC, puede ser inestimable para los profesionales de la adquisición técnica y los OEM.

7. Lograr la precisión: Tolerancias, acabado superficial y exactitud dimensional con prensas de SiC modernas

La demanda de componentes de carburo de silicio de alta precisión aumenta continuamente, especialmente en industrias como la de los semiconductores, la aeroespacial y los dispositivos médicos. Los modernos equipos de prensado de SiC desempeñan un papel fundamental para lograr tolerancias ajustadas, los acabados superficiales deseados y una alta precisión dimensional en el estado "tal como se prensa" o "en verde", minimizando así la necesidad de un mecanizado duro extenso y costoso después de la sinterización.

Tolerancias alcanzables:

Las tolerancias dimensionales alcanzables en las piezas de SiC prensadas dependen de varios factores:

• Método de prensado: El prensado uniaxial suele lograr tolerancias más ajustadas en las dimensiones perpendiculares a la dirección de prensado en comparación con el prensado isostático para las piezas tal como se prensan. Sin embargo, el prensado isostático proporciona una contracción más uniforme, lo que puede conducir a un mejor control dimensional general después de la sinterización si se emplea el mecanizado en verde.
• Calidad de las herramientas: Los troqueles y moldes de alta precisión y bien mantenidos son esenciales para una replicación precisa de las piezas.
• Consistencia del polvo: Las características uniformes del polvo de SiC garantizan una compactación y una contracción constantes.
• Control del proceso: El control preciso de la presión, la velocidad de prensado y la temperatura (en HP/HIP) es fundamental. Las prensas avanzadas ofrecen bucles de control y repetibilidad superiores.
• Tamaño y complejidad de la pieza: Las piezas más grandes y complejas suelen tener tolerancias alcanzables más amplias.

Las tolerancias típicas tal como se prensan para el SiC pueden oscilar entre ±0,5% y ±2% de la dimensión. Sin embargo, con procesos optimizados y equipos de alta calidad, se pueden lograr tolerancias más ajustadas para características específicas. La rectificación y el lapeado posteriores a la sinterización pueden lograr tolerancias mucho más ajustadas, a menudo en el rango de los micrómetros, pero esto añade un coste significativo.

Acabado superficial:

El acabado superficial de la pieza de SiC tal como se prensa es en gran medida una réplica de la superficie del troquel o del molde.

• Prensado uniaxial y en caliente: Las superficies de los troqueles muy pulidas pueden producir piezas en verde relativamente lisas.
• Prensado isostático en frío: El acabado superficial depende de la suavidad del material del molde flexible. Generalmente es más rugoso que las piezas prensadas uniaxialmente y a menudo requiere mecanizado en verde si se necesita una superficie lisa antes de la sinterización.

Aunque el prensado puede proporcionar una buena superficie inicial, los requisitos finales de acabado superficial (por ejemplo, para componentes ópticos o sellos de alto desgaste) suelen cumplirse mediante operaciones de mecanizado posteriores a la sinterización, como la rectificación, el lapeado y el pulido. Sin embargo, una buena superficie tal como se prensa reduce la cantidad de material que debe eliminarse en estas etapas posteriores.

Precisión Dimensional:

La precisión dimensional se refiere a la exactitud con la que la pieza se ajusta a las dimensiones nominales del diseño. Las prensas modernas de SiC contribuyen a una alta precisión dimensional a través de:

• Repetibilidad: Los sistemas automatizados garantizan que cada pieza se prensa en condiciones idénticas, lo que conduce a dimensiones consistentes de una pieza a otra.
• Distribución uniforme de la densidad: Especialmente con el prensado isostático o las prensas uniaxiales avanzadas con control multiplaca, una densidad más uniforme minimiza la deformación y la distorsión durante la sinterización, lo que conduce a una mejor precisión final.
• Contracción predecible: Aunque la contracción es significativa, las propiedades verdes consistentes logradas mediante un prensado preciso permiten una contracción más predecible, lo que permite una compensación precisa en el diseño de la herramienta.

Para las industrias que requieren una precisión excepcional, como la fabricación de LED o las telecomunicaciones, las capacidades del equipo de prensado de SiC son un factor determinante en la viabilidad de los componentes.

8. Optimización del flujo de trabajo de fabricación de SiC: Más allá del prensado

Aunque la etapa de prensado es fundamental para determinar las características iniciales de un componente de carburo de silicio, es solo una parte de un flujo de trabajo de fabricación integral. La calidad lograda durante el prensado tiene implicaciones significativas para las etapas de procesamiento posteriores y las propiedades finales de la pieza de SiC. La optimización de todo el flujo de trabajo es crucial para producir componentes de alta calidad y rentables.

A. Etapa de preprensado: Preparación del polvo

El viaje comienza incluso antes de que el polvo de SiC llegue a la prensa:

• Selección de la materia prima: La elección del polvo de SiC adecuado (alfa-SiC, beta-SiC) con la pureza, la distribución del tamaño de las partículas y la morfología adecuadas es fundamental.
• Molienda y mezcla: Los polvos suelen molerse para lograr los tamaños de partículas deseados y se mezclan con aditivos de sinterización (por ejemplo, boro, carbono para SSiC; silicio para RBSiC) y aglutinantes/plastificantes orgánicos para mejorar la capacidad de prensado y la resistencia en verde. La mezcla homogénea es vital.
• Granulación/secado por pulverización: Para una mejor fluidez y llenado del troquel, especialmente en el prensado uniaxial automatizado, los polvos suelen granularse o secarse por pulverización para formar aglomerados uniformes y de flujo libre.

La consistencia y la calidad de este polvo preparado influyen directamente en la eficacia del equipo de prensado de carburo de silicio y en la uniformidad del compacto en verde.

B. La etapa de prensado (como se ha comentado)

Esto implica el uso de prensas uniaxiales, equipos CIP, HP o HIP para consolidar el polvo preparado en un cuerpo en verde de la forma y densidad deseadas.

C. Etapas posteriores al prensado:

• Mecanizado en verde: Si se requieren características complejas que no pueden formarse durante el prensado, o si se necesitan dimensiones muy precisas antes de la sinterización (especialmente después del CIP), se realiza el mecanizado en verde. El SiC en verde es mucho más fácil de mecanizar que el SiC sinterizado, lo que reduce el desgaste de la herramienta y el tiempo de mecanizado.
• Eliminación del aglutinante (desaglomeración): Los aglutinantes orgánicos añadidos para el prensado deben eliminarse cuidadosamente antes de la sinterización. Esto suele hacerse mediante un calentamiento lento en una atmósfera controlada para evitar defectos como grietas o abultamientos.
• Sinterización: Este es un proceso a alta temperatura en el que el compacto de SiC en verde se calienta para consolidarlo en una cerámica densa y resistente. Los diferentes tipos de SiC requieren diferentes procesos de sinterización:
  • SiC sinterizado en estado sólido (SSiC): Sinterizado a temperaturas muy altas (2000-2200 °C) con aditivos de sinterización.
  • SiC unido por reacción (RBSiC o SiSiC): Una preforma porosa de SiC se infiltra con silicio fundido, que reacciona con el carbono libre para formar SiC adicional, uniendo los granos originales. Se realiza a temperaturas más bajas (1500-1700 °C).
  • SiC unido por nitruro (NBSiC): Granos de SiC unidos por una fase de nitruro de silicio.
  • SiC sinterizado en fase líquida (LPSiC): Utiliza aditivos de óxido para formar una fase líquida a la temperatura de sinterización, lo que promueve la densificación.
• Prensado isostático en caliente (HIPing - Post-Sinterización): Para algunas aplicaciones que requieren la máxima densidad y rendimiento, las piezas sinterizadas (especialmente SSiC) pueden someterse a un ciclo HIP posterior a la sinterización para eliminar la porosidad residual.
• Mecanizado final (mecanizado duro): Debido a su extrema dureza, el SiC sinterizado requiere herramientas de diamante para la rectificación, el lapeado, el pulido o la electroerosión para lograr las dimensiones y los acabados superficiales finales precisos. La calidad de la pieza prensada y sinterizada afecta directamente a la extensión y el coste de esta etapa.
• Limpieza y control de calidad: Las piezas finales se limpian y se inspeccionan para comprobar la precisión dimensional, los defectos superficiales y otros parámetros de calidad.

Un flujo de trabajo optimizado, en el que cada paso se controla e integra cuidadosamente, es esencial. La calidad de la salida del equipo de prensado de SiC establece el escenario para un procesamiento posterior exitoso y eficiente, lo que afecta a todo, desde el comportamiento de la sinterización hasta la cantidad de mecanizado final requerido.

9. Superación de los desafíos comunes en el prensado de SiC

El prensado de carburo de silicio, a pesar de sus muchos beneficios, presenta varios desafíos debido a las propiedades inherentes del material y a las complejidades del proceso de compactación. Superar con éxito estos desafíos requiere experiencia, equipos avanzados y un control meticuloso del proceso.

Desafíos comunes:

• Lograr una densidad uniforme: Especialmente en el prensado uniaxial de piezas complejas o con una alta relación de aspecto, la fricción de la pared del troquel puede provocar una distribución no uniforme de la densidad. Esto puede dar lugar a una contracción diferencial durante la sinterización, deformaciones o puntos débiles en el componente final.

  Mitigación: La utilización del prensado isostático, la optimización de la granulación del polvo para una mejor fluidez, el empleo de prensas multiplaca avanzadas y el diseño cuidadoso de las herramientas con los conos adecuados pueden ayudar.

• Agrietamiento y laminación: La aplicación o liberación rápida de la presión, el aire atrapado o las tensiones internas excesivas pueden causar grietas (por ejemplo, grietas en los extremos, grietas anulares) o laminaciones en el compacto en verde.

  Mitigación: Los ciclos controlados de rampa y liberación de la presión, las capacidades de prensado al vacío, la optimización del contenido y el tipo de aglutinante y la garantía de una correcta desaireación del polvo son estrategias eficaces.

• Desgaste de la herramienta: El SiC es muy abrasivo, lo que provoca un desgaste significativo en los troqueles, los punzones y los moldes, especialmente en la producción de gran volumen o en el prensado en caliente. Esto afecta a la precisión dimensional y aumenta los costes de las herramientas.

  Mitigación: Uso de materiales de herramientas muy resistentes al desgaste (por ejemplo, carburo de tungsteno, aceros para herramientas endurecidos), aplicación de recubrimientos resistentes al desgaste a las herramientas, garantía de una lubricación adecuada (si procede) y diseño de herramientas para facilitar la sustitución de los componentes de desgaste.

• Dificultades de expulsión: Las altas presiones de compactación pueden hacer que las piezas se peguen en el troquel, lo que provoca daños durante la expulsión.

  Mitigación: Conos de troquel adecuados, acabado superficial liso en las herramientas, uso de ayudas a la expulsión o lubricantes (compatibles con los procesos posteriores) y mecanismos de expulsión optimizados en la prensa.

• Manipulación de piezas en verde: Los compactos de SiC en verde, especialmente los que tienen un bajo contenido de aglutinante o secciones delgadas complejas, pueden ser frágiles y propensos a sufrir daños durante la manipulación antes de la sinterización.

  Mitigación: Optimización de los sistemas de aglutinantes para una resistencia en verde suficiente, sistemas de manipulación automatizados y protocolos de manipulación manual cuidadosos.

• Flujo de polvo y llenado del troquel: Los polvos finos de SiC pueden no fluir bien, lo que provoca un llenado incompleto o inconsistente del troquel, especialmente en cavidades de troquel complejas.

  Mitigación: Granulación o secado por pulverización del polvo para mejorar la fluidez, uso de asistencia al llenado del troquel (por ejemplo, sistemas vibratorios) y optimización del diseño del troquel para la entrada del polvo.

Abordar estos retos de forma eficaz suele requerir una profunda comprensión de la ciencia de los materiales SiC, la metalurgia de polvos y la tecnología de prensado. Aquí es donde los socios experimentados se vuelven inestimables. Por ejemplo, la ciudad de Weifang, en China, se ha convertido en un importante centro de fabricación de piezas personalizables de carburo de silicio, que alberga a más de 40 empresas de producción de SiC que representan más del 80% de la producción total de SiC de China. Dentro de este dinámico ecosistema, Sicarb Tech ha desempeñado un papel fundamental desde 2015, introduciendo e implementando tecnología avanzada de producción de Si