Il ruolo del carburo di silicio verde come riempitivo nei materiali compositi
Il carburo di silicio verde è rinomato per la sua elevata durezza, l’eccellente conduttività termica, la buona stabilità chimica e la resistenza all’usura. Aggiunto come riempitivo a materiali compositi (come compositi a base polimerica, metallica o ceramica), migliora significativamente le prestazioni complessive del materiale della matrice.
I suoi principali benefici possono essere riassunti come segue:
1. Migliora significativamente la durezza e la resistenza all’usura
Meccanismo d’azione: il carburo di silicio verde ha una durezza Mohs di 9,2-9,3, seconda solo al diamante e al carburo di boro. Disperdendo uniformemente le sue particelle in un materiale a matrice più morbido (come resina epossidica, nylon, gomma o lega di alluminio) si crea una barriera, come una sorta di “armatura” minuscola e infinita, incorporata nel materiale.
Effetto: la resistenza superficiale del materiale composito a graffi, usura e deformazione plastica è notevolmente migliorata. Questo rende il prodotto ideale per applicazioni che richiedono un’elevata resistenza all’usura, come:
Rivestimenti, scivoli, giranti resistenti all’usura
Pastiglie freno, dischi frizione (aumenta il coefficiente di attrito e la resistenza all’usura)
Pneumatici ad alte prestazioni (utilizzati come riempitivo di rinforzo per migliorare la resistenza all’usura e la durata degli pneumatici)
2. Proprietà meccaniche notevolmente migliorate
Meccanismo d’azione: le particelle dure di carburo di silicio verde agiscono come fase di rinforzo, trasferendo e dissipando efficacemente lo stress applicato al materiale, inibendo la deformazione e la propagazione delle crepe nel materiale della matrice.
Effetto: la resistenza alla compressione, la resistenza alla flessione, la rigidità e la stabilità dimensionale del materiale composito risultano notevolmente migliorate. Tuttavia, in genere aumenta anche la fragilità del materiale, pertanto il rapporto di aggiunta e la distribuzione granulometrica devono essere regolati in base all’applicazione.
3. Eccellenti proprietà termiche migliorate
Elevata conduttività termica: il carburo di silicio verde ha una conduttività termica molto elevata (circa 100-140 W/m·K). Aggiungendolo a materiali con bassi conduttori termici, come i polimeri, si può migliorare significativamente la conduttività termica del composito.
Applicazioni: utilizzato nei materiali di imballaggio elettronici, nei siliconi termoconduttivi, nelle plastiche termoconduttive e in altri materiali per contribuire a dissipare il calore dai componenti elettronici.
Basso coefficiente di dilatazione termica: il carburo di silicio verde ha un coefficiente di dilatazione termica molto basso. L’aggiunta di una matrice ad alta dilatazione termica (come resina o metallo) può ridurre il coefficiente di dilatazione termica dell’intero materiale, rendendo il prodotto più stabile dimensionalmente in presenza di variazioni di temperatura.
Applicazioni: componenti di strumenti di precisione, piattaforme ottiche e altre apparecchiature sensibili alla deformazione termica.
4. Miglioramento delle prestazioni di attrito
Meccanismo d’azione: nei materiali di attrito (come le pastiglie dei freni), il carburo di silicio verde agisce come un materiale abrasivo resistente all’usura che fornisce un coefficiente di attrito stabile.
Effetto: aiuta a mantenere pulita la superficie di attrito, previene lo slittamento e fornisce un coefficiente di attrito stabile, affidabile e durevole, impedendo il calo delle prestazioni dei freni.
5. Altre funzioni
Stabilità chimica: il carburo di silicio verde è resistente agli acidi e agli alcali, migliorando la durata dei materiali compositi in ambienti corrosivi.
Lavorabilità: in alcuni casi, l’aggiunta di particelle dure può aumentare l’usura degli utensili di lavorazione, ma può anche migliorare la macinabilità o la lucidabilità del materiale.
Riepilogo dell’applicazione
Prodotti resistenti all’usura: componenti di pompe per fango, rivestimenti per macchinari minerari e parti resistenti all’usura per macchinari agricoli.
Materiali di attrito: pastiglie dei freni e rivestimenti della frizione per autoveicoli ad alte prestazioni.
Materiali termoconduttivi: substrati dissipatori di calore per LED, pasta termica per CPU e materiali di imballaggio per moduli di alimentazione.
Parti strutturali: componenti aerospaziali e automobilistici che richiedono elevata rigidità, bassa deformazione termica e un certo grado di resistenza all’usura.
Rivestimenti speciali e ceramiche: utilizzati per produrre rivestimenti resistenti all’usura e alla corrosione e ceramiche strutturali.
