Conductividad térmica y propiedades de la microestructura del cerámico poroso

derivado de carburo de silicio en polvo

Equipo 5:• Oralia de León Flores• Eduardo Rodríguez• Luis Antonio Guía Hernández• Ángel López Carrizales

Dr. Esteban Sánchez V.

• La cerámica porosa se preparó con polvo de carburo de silicio como el agregado, resina de silicona como aglutinante y agente formador de poros por el proceso de mezcla, moldeo por presión isostática, y calcinación.

• Las propiedades mecánicas y microestructurales de las muestras se caracterizaron con una máquina universal de pruebas, de difracción de rayos X, exploración por microscopio electrónico, y de inyección de mercurio.

• Hay dos factores principales, a presiones de moldeo y la relación masa de resina de silicona se han estudiado en los experimentos.

Resumen

• La conductividad térmica de las muestras se probó. La resistencia a la compresión fue de hasta 19.4 MPa, y las porosidades hasta un 30%.

• Las conductividades térmicas, influenciados principalmente por las porosidades, aumentaron de 0.68 W·m-1·K-1 a 1,03 W·m-1·K-1 con la porosidad decreciente desde 41.96% hasta 31.30%.

El carburo de silicio presenta las siguientes propiedades especiales.

• Alta resistencia y dureza• Buenas propiedades mecánicas • Excelente estabilidad química, sobre todo a altas temperaturas y

ambientes hostiles.

Por lo que tiene aplicaciones muy variadas como lo son:

• Soportes de catalizadores• Filtros de gas caliente o metal fundido• En reactores de membrana de alta temperatura• Materiales aislantes térmicos• Sensores de gas

Muchos estudios fueron acerca de la preparación de cerámica porosa mediante diferentes métodos de síntesis, o la caracterización de ellos en las propiedades mecánicas y estructurales.

• Dey et al. preparado cerámico poroso SiC con buenas resistencias a la flexión mediante una técnica de infiltración.

• Bai et al. usado Fe2O3 como agente formador de poros para la preparación de SiC de cerámica porosa.

• Maity et al. sintetizado poroso SiC con un valor de resistencia a la rotura media de 303,9 MPa de bioprecursor celulósico.

• Li et al. estudiado la influencia de presiones de moldeo, el contenido de la fase de unión y tamaños de partículas del SiC en la resistencia a la flexiona base de cerámica porosa. La conductividad térmica es un factor clave para la aplicación de la cerámica porosa a altas temperaturas.

Debido a que la conductividad térmica se ve afectada por muchos factores, tales como la porosidad de la muestra, microestructura, composición química, y proceso de fabricación, es necesario estudiar la conductividad térmica del carburo de silicio.

El objetivo de este trabajo es preparar cerámica porosa con polvo de carburo de silicio y resina de silicona por el proceso de mezcla, moldeo por presión isostática, y calcinación. También se estudiaron las microestructuras, las propiedades mecánicas y la conductividad térmica de las muestras.

Preparación del cerámico poroso de carburo de Silicio

Material• Polvos verdes α-SiC y resina de silicona DC249TM, como materiales

principales.• El disolvente para la resina de silicona DC249 TM fue acetona.

Preparación1. Los polvos de SiC y resina de silicona DC249TM con diferentes

relaciones de masa (100:0 - 47:3)se mezclaron con disolvente acetona. 2. Después de agitar la mezcla durante 1 h, se evaporó la acetona a 353 K

durante 24 h con un manual de agitar cada 6 h. 3. Los polvos anteriores se molieron hasta un tamaño de partícula de 75

micras y luego se prensan en probetas cilíndricas (diámetro de 30,00 mm, altura 4,20 mm) en virtud de 80 a 120 MPa.

4. Los especímenes fueron disparados en aire a 1273 K por 2 h, con una velocidad de calentamiento de 20 K· min-1.

• El análisis de la fase de las muestras se realizó por DRX (XD-3X metros de difracción, radiación filtrada CuKa, 2θ: 10 °- 80 °, paso del escaneo: 0.02°, velocidad de exploración: 8 ° min-1).

• La resistencia a la compresión se midió usando una máquina de ensayo universal Instron-1195 con una velocidad de la cruceta de 1 mm· min-1.

• La microestructura se observó con un microscopio electrónico de barrido (SEM, JEOL JSM-6510A) a un voltaje de aceleración de 10 kV. La distribución de los poros y los diámetros medios de poro de las muestras fueron determinado por inyección de mercurio (AUTOSCAN-33).

• La conductividad térmica de las muestras se midió con un instrumento de conductividad térmica (TC3000) fabricado por la empresa Xian Xiaxi en China. La conductividad térmica de cada muestra fue el promedio de tres mediciones de tiempo.

• Las muestras con nombre SP0, SP2, SP4, SP6 y se prepararon utilizando una relación de masas de resina de silicona DC249TM y SiC, 0:100, 01:49, 01:24, y 03:47 respectivamente.

• Las resistencias a la compresión de las muestras (Tabla 1) variaron de 14,3 MPa a 19,4 MPa, y aumentaron con el aumento de presiones de moldeo, pero disminuyó con el aumento de la relación masa de resina de silicona DC249TM / SiC.

• La resistencia a la compresión de las muestras (Tabla 1) varió de 14,3 MPa a 19,4 MPa, y se incrementaron con el aumento de las presiones de moldeo, pero disminuyeron al aumentar la proporción de la masa de resina de silicona DC249TM / SiC.

Propiedades mecánicas

La resistencia a la compresión del cerámico poroso está influenciado principalmente por la porosidad y las composiciones.

Chen et al. Reportado la resistencia máxima a la compresión de la espuma de cerámica de SiC era sólo 2,48 MPa. La resistencia a la compresión de las muestras (media 16,92 MPa) fue de alrededor de 6,82 veces de la espuma cerámica de SiC, debido principalmente a la diferente porosidad de la espuma cerámica de SiC (77%) y nuestras muestras (SP4-100 y SP6-100: promedio de 35,76 %).

Microestructuras

Las fases de las muestras SP2-80, SP4-80, y SP6-80 detectado por difracción de rayos X en las figuras 1-3 son β-SiC (moissanita) y cuarzo.

El cambio de la relación de masa de resina de silicona DC249TM / SiC no causó influencia obvia en las fases de las muestras.

Las fases en nuestras muestras están en conformidad con la dada por Dey et al. Pero la fase de cuarzo no apareció, y la fase β-SiC fue reemplazado por 4H-SiC y 6H-SiC informado por Bai et al. para una temperatura alta de sinterización a 2250 º C.

Las imágenes SEM de las muestras SP2-100, SP4-100, y SP6-100 se muestran en las figuras 4-6. Poros dispersos se pueden ver en la superficie, y los poros granulares fundamentalmente interrelacionados. Los diámetros de poro de los poros inter granulares son de menos de 20 micras, y los poros internos de los cristales de aproximadamente 2,0 m - 2,5 m.

• Los resultados de inyección de mercurio de SP4-100 y SP6-100 se muestran en las figuras 7 y 8. Los poros pico que se forman en SP4-100 y SP6-100 son en 15,11 m y 13,95 m, respectivamente.

• Los diámetros medios de poro de SP4-100 y SP6-100 son 5,45 micras y 5,27 micras, respectivamente.

• Los poros formados en SP4-100 y SP6-100 son en 15,11 m y 13,95 m, respectivamente.

• Los diámetros medios de poro de SP4-100 y SP6-100 son 5,45 micras y 5,27 micras, respectivamente. Los poros y los diámetros medios de poros disminuyó un poco al aumentar la proporción de la masa de resina de silicona DC249TM / SiC.

• Dado que el plomo resina de silicona más DC249TM tiende a apilarse más de cerca de los gránulos de la materia prima.

• Los diámetros de poro permanecieron principalmente entre 10 micras y 25 micras para las dos muestras.

• Las porosidades de SP4-100 y SP6-100 son 39,57% y 31,95%, y las áreas de poro total de ellos son 0.151 m2 · g-1 y 0.134 m2 · g-1, respectivamente. Las porosidades y diámetros de poro medio de otras muestras se presentan en la Tabla

Las conductividades térmicas de SP2, SP4, y SP6 son listados en la Tabla 1.

Las conductividades térmicas cambiaron de 0,65 W·m^-1·K^-1 a 1,07 W·m^-1·K^-1.

Las conductividades térmicas aumentaron con el aumento de las presiones de moldeo y la relación masa de resina de silicona DC249TM / SiC.

El factor principal que influye en la conductividad térmica es la porosidad de las muestras.

Conductividad térmica

La conductividad térmica fue incrementada de 0.68 W/mK a 1.03 W/mK con un decremento en la porosidad de 41.96% a 31.30%, evitando las presiones de moldeo y los factores de relación de masa, y la reordenación de las porosidades y conductividades térmicas de todas las muestras en la Tabla 1.

La conductividad térmica también fue incrementada de 0.68 W/mK a 1.03 W/mK con el diámetro medio de poro decreciente desde 5.66µm a 5.21µm.

Este resultado es razonable, para mayor porosidad, significa una mayor relación de fase de aire en las muestras, y el aire tiene una baja conductividad térmica.

Conclusión La Cerámica porosa de SiC fue preparado con polvo de carburo de silicio

como el agregado, resina de silicona como aglutinante y agente formador de poros por el proceso de mezcla, moldeo por presión isostática, y calcinación.

Las resistencias a la compresión de las muestras eran entre 14,3 MPa y 19,4 MPa. Las porosidades alcanzaron hasta 30%, y diámetros de poro variaron de 5,27 micras a 5,45 micras.

La conductividad térmica de 0,65 W · m-1 · K-1 cambiaron a 1,07 W · m-1 · K-1, y aumentó con el aumento de las presiones de moldeo y la relación masa de resina de silicona DC249TM / SiC.

Las conductividades térmicas, influenciados principalmente por las porosidades, aumentaron de 0,68 W · m-1 · K-1 a 1,03 W · m-1 · K-1 con la porosidad disminuyendo del 41,96% al 31,30%.