Application of the chemical vapor infiltration and reaction (CVI-R) technique for the preparation of highly porous biomorphic SiC ceramics derived from paper

Streitwieser, Daniela Almeida; Popovska, N.; Gerhard, Helmut; Emig, G.

doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2004.04.006

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“…Es por esto que el reactor tubular está protegido por un folio de grafito a lo largo y ancho del mismo. Las pruebas de grafito y las preformas de carbono son colocadas al inicio de la zona isotérmica del reactor donde se ha observado una deposición homogénea [14]. b) Análisis cinético en procesos de CVD / CVI La deposición química de vapor es un proceso complejo que involucra por el lado cinético una serie de reacciones en fase gaseosa donde se forman los reactivos intermedios, seguidas por las reacciones heterogéneas en fase sólida, donde se forman la capa sólida deseada y los productos gaseosos finales.…”

Section: Materiales Y Métodos A) Equipo Experimentalunclassified

“…Las tecnologías más utilizadas son infiltración de Si líquido [8, 9, 10], infiltración de Si gaseoso [11,12], infiltración de vapor de SiO [11] e infiltración química de vapor [13,14,15]. En este trabajo se va a tratar exclusivamente cerámicas biomórficas producidas a través de la deposición e infiltración química de vapor (CVI, Chemical Vapor Infiltration) de diferentes precursores.…”

Section: Introductionunclassified

“…En el primer paso se transforma la estructura biológica en la preforma de carbono por una reacción de pirólisis [1, 14,17,18]. El papel utilizado fue especialmente diseñado para este proceso de ceramización, basado únicamente en fibras gruesas de celulosa y lignina para mantener una gran porosidad de la estructura.…”

Section: Introductionunclassified

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Análisis macrocinético de la infiltración química de vapor de capas de Si y Si/SiC en estructuras biomórficas de carbono

Streitwieser

2009

Av. Cienc. Ing. (Quito)

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ResumenEn este artículo se presenta el modelo matemático desarrollado para describir y predecir el proceso de infiltración y deposición de capas de Si y Si/SiC a partir de los sistemas de precursores: metiltriclorosilano (MTS)/hidrógeno y Tetracloruro de Silicio/hidrógeno. Este modelo se basa en la cinética obtenida en el análisis experimental de la deposición sobre substratos no porosos, en el modelo geométrico desarrollado para describir la estructura porosa de las preformas de carbono y en el cálculo de Módulo de Thiele y del factor de infiltración a partir del balance de masa. Finalmente se comprobaron los resultados del modelo matemática comparando la homogeneidad de la infiltración en preformas de carbono con un microscopio SEM.Palabras Clave: Chemical Vapor Deposition (CVD), CVI, biomorphic ceramics, infiltration factor. IntroducciónEl desarrollo en las técnicas de producción de cerámicas biomórficas aumenta continuamente [1]. Cerámicas biomórficas son materiales tecnológicos obtenidos de la transformación de estructuras biológicas, llamadas preformas, hacia materiales cerámicos de alta calidad y una amplia gama de posibles aplicaciones. Las cerámicas biomórficas de carburo de silicio, SiC, han sido estudiadas exhaustivamente por su combinación única de propiedades. SiC se caracteriza por su muy buena resistencia mecánica, estabilidad térmica hasta 1000°C en atmósferas oxidantes y su resistencia química a ácidos y bases. Entre sus principales aplicaciones se encuentran su uso como monolito o recubrimientos en motores y partes que necesitan resistencia a altas temperaturas, o como protección a medios abrasivos o corrosivos [2,3]. Entre las propiedades únicas de las estructuras biológi-cas se encuentran la combinación entre resistencia y estabilidad con gran flexibilidad y elasticidad, densidades muy bajas, además de su posibilidad de autocuración y auto-modificación, cosa que no se tiene en ningún material tecnológico [4,5]. Las propiedades úni-cas de las cerámicas biomórficas de SiC son una combinación entre las propiedades cerámicas del SiC y de la estructura original biológica, la cual se mantiene intacta hasta un nivel de micrométrico, resultando en materiales de bajísima densidad y alta flexibilidad, con alta resistencia mecánica y dureza, así como alta estabilidad, conductividad térmica y resistencia química frente a ácidos y bases [6,7].En los últimos años se han desarrollado diferentes tecnologías para la obtención de cerámicas biomórficas, dando como resultado cerámicas con diferentes propiedades. Las tecnologías más utilizadas son infiltración de Si líquido [8, 9, 10], infiltración de Si gaseoso [11,12], infiltración de vapor de SiO [11] e infiltración química de vapor [13,14,15]. En este trabajo se va a tratar exclusivamente cerámicas biomórficas producidas a través de la deposición e infiltración química de vapor (CVI, Chemical Vapor Infiltration) de diferentes precursores.El proceso de ceramización por el método de CVI incluye tres pasos consecutivos [16]. En el primer paso se transforma la es...

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Section: Materiales Y Métodos A) Equipo Experimentalunclassified

Section: Introductionunclassified

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Análisis macrocinético de la infiltración química de vapor de capas de Si y Si/SiC en estructuras biomórficas de carbono

Streitwieser

2009

Av. Cienc. Ing. (Quito)

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“…For technical processes shrinking is a real challenge if high accuracy and reproducible dimensions are required. The shrinking of carbon materials is highly dependent on the conditions of the process and the precursor materials [17,18]. In particular the precursor materials used in the synthesis are required to meet constant quality.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Synthesis of Microporous Carbon Foams as Catalyst Supports

et al. 2010

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Microporous carbon foams were synthesized as structured catalyst supports by the carbide-derived carbon (CDC) method. The self-supporting foams showed a narrow pore size distribution which seems to induce shape-selective effects during reactions. The applicability of these materials as supports for active metals was tested in a hydrogenation reaction of different olefins with a CDC powder wet impregnated with platinum.

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“…Además, los materiales celulares de celda abierta presentan, a nivel microestructural, una porosidad interconectada. Esta característica los hace útiles en aplicaciones tales como: filtros, intercambiadores de calor (7-11)… Debido a las grandes posibilidades que ofrece el SiC con microestructura celular se han desarrollado varias técnicas para la obtención del mismo basadas en deposición química en fase vapor (CVD) (12) e infiltración química y reacción con vapor [CVI-R] (13,14). Mediante estas técnicas se obtiene SiC con propiedades mecánicas muy buenas, pero el coste económico de las mismas es muy elevado.…”

Section: Introductionunclassified

Microestructura y propiedades mecánicas del SiC biomórfico obtenido a partir de eucalipto

Presas¹,

Pastor²,

LLorca³

et al. 2005

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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El desarrollo de materiales cerámicos con una estructura de tipo celular, similar a la del hueso o la madera, ha sido una cuestión que ha suscitado un gran interés en los últimos años. Su atractivo se debe al hecho de poseer una estructura porosa altamente interconectada de baja densidad, perfeccionada por la evolución. En el caso del SiC biomórfico (bio-SiC) el proceso de fabricación es sencillo: se piroliza una pieza de madera y a continuación se inyecta con silicio líquido, el material así obtenido es un compuesto Si/SiC en el que el SiC mimetiza la estructura de la madera original. En este trabajo se estudian las propiedades mecánicas del SiC biomórfico fabricado a partir de eucalipto (madera dura con una distribución bimodal de poros). Se ha estudiado el comportamiento mecánico del mismo (resistencia a compresión, resistencia a flexión, tenacidad de fractura y módulo de elasticidad) entre 25 y 1350 o C. Asimismo, se discute la relación entre el comportamiento mecánico del material y su microestructura. Palabras clave: Comportamiento mecánico, microestructura, SiC biomórfico, alta temperatura. Microestructure and mechanical properties of biomorphic SiC obtained from eucalyptusThe development of cellular ceramics with a biological structure, like bones and wood, has been a matter of interest in recent years. A low density highly interconnected structure, perfected by evolution, rises as the principal advantage of these materials. In the case of biomimetic SiC (biomorphic SiC, or bioSiC), the fabrication process technique is quite simple: a piece of wood is pyrolysed and is infiltrated with molten silicon after, the final product is a composite Si/SiC, which replicates the wood anisotropic microstructure This work focus on the mechanical properties of bioSiC fabricated using eucalyptus wood as precursor (hard wood with a bimodal channel distribution). It has been studied the mechanical behavior of this bioSiC (compression strength, flexure strength, fracture toughness and elastic modulus) between 25 and 1350 o C. It is also discussed the relationship between mechanical behavior of the material and its microstructure.

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Application of the chemical vapor infiltration and reaction (CVI-R) technique for the preparation of highly porous biomorphic SiC ceramics derived from paper

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Análisis macrocinético de la infiltración química de vapor de capas de Si y Si/SiC en estructuras biomórficas de carbono

Análisis macrocinético de la infiltración química de vapor de capas de Si y Si/SiC en estructuras biomórficas de carbono

Synthesis of Microporous Carbon Foams as Catalyst Supports

Microestructura y propiedades mecánicas del SiC biomórfico obtenido a partir de eucalipto

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