Abrasivo de carburo de silicio: tamaños de grano, grados y aplicaciones de corte industrial

Un abrasivo de carburo de silicio es un grano cerámico artificial compuesto de silicio y carbono. Se prefiere para cortar, lapear, granallar y pulir debido a su extrema dureza para aplicaciones de molienda; ocupa aproximadamente 9,5 en la escala de dureza de Mohs, que es una menos que el carburo de diamante y boro (de los materiales que normalmente se encuentran en los talleres); en esta explicación aclaramos qué es exactamente el material abrasivo y por qué hay dos variantes de color (negro y verde), desciframos cómo leer los números FEPA, discutimos el uso de aplicaciones, comparamos el carburo de silicio con el óxido de aluminio y explicamos su relación con el corte de materiales frágiles.

¿qué es el abrasivo de carburo de silicio?

El abrasivo de carburo de silicio se tritura, se clasifica el carburo de silicio (SiC), un compuesto sintético de silicio y carbono que se utiliza como arena de corte. ¿Es el carburo de silicio un abrasivo? Sí «es uno de los abrasivos fabricados originalmente, y según el Boletín de la Oficina de Minas de la India sobre abrasivos, el carburo de boro, el carburo de silicio y el óxido de aluminio forman la familia central de granos fabricados (en lugar de naturales).

El riesgo práctico es elegir a ciegas: elegir un grano porque parece más duro y puede fallar en el trabajo, desperdiciando costos. En la práctica, los maquinistas buscan carburo de silicio en trabajos duros, quebradizos y no ferrosos con tolerancias de unas pocas micras, donde la arena va desde aproximadamente 1.320 µm de espesor hasta un pulido de 3 µm.

Los granos de carburo de silicio se procesan a través de un horno de resistencia eléctrica mediante el cual la mezcla de silicio, cuarzo y coque de petróleo se somete a temperaturas de entre 2000 y 2400 °C para, en última instancia, producir SiC cristalino. Estos cristales se procesan posteriormente triturándolos y tamizándolos en tamaños de grano definidos. La invención fue iniciada por Edward Goodrich Acheson, el método en sí y su producto comercial conocido con el nombre comercial “Carborundum” se originó en 1891, como se cita en la Universidad de Penn State, Pensilvania, para obtener información e historia sobre el carborundo. Por lo tanto, cualquier rueda de molinillo previamente estampada como “carborundo” es en realidad un abrasivo a base de carburo de silicio.

En esta etapa es fundamental abordar la aplicación del material como abrasivo y como cerámica semiconductora; sin embargo, esta guía se centra en los granos de carburo de silicio utilizados en la aplicación de abrasivos y sus capacidades de corte, no en el carburo de silicio para la fabricación de semiconductores y sus propiedades detalladas y producción de obleas - para ver esa guía, siga el enlace para [ Material de carburo de silicio informacion. ]

Por qué los cortes de carburo de silicio: dureza, friabilidad y autoafilado

Dos propiedades explican por qué funciona esta arena. Primero, dureza pura: tiene una dureza Knoop de alrededor de 2500 kg/mm² y es “muy friable”, según la guía ScienceDirect sobre carburo de silicio verde; otras lecturas llegan hasta 2.800, por encima del óxido de aluminio fusionado (~2.000) y por debajo del carburo de boro y el diamante, de acuerdo con mediciones de dureza académica colocación de cerámica ultradura a 24-35 GPa.

En segundo lugar, su forma; Debido a que el SiC se fractura en trozos astillados y en ángulo en lugar de partículas redondas, la arena se corta agresivamente. En las escalas comunes que aterrizan en aproximadamente 9,5 Mohs y 2500 Knoop (su lectura Vickers se encuentra en la misma banda).

La regla de friabilidad-primera selección

La regla de friabilidad primero dice esto: elija SiC cuando desee una arena que se afile a sí misma mientras corta. Cuando desee una arena que dure debido al desgaste resistente, elija una más dura y resistente. Debido a que el SiC es un mineral friable, la punta de corte de un grano de SiC se rompe a medida que las partículas se desprenden y se reforma en cada contacto. Como usted sabe, el SiC se rompe con una fractura angular y nítida, mientras que un material más duro parecido a un diamante se deforma en forma de bola que se muele en lugar de cortar frío y rápido en todos los materiales frágiles como piedra, vidrio, hierro fundido, etc. Por eso no es muy económico cuando se utiliza en acero resistente y resistente al desgaste. Como los propios operadores suelen hablar del carburo de silicio en el mundo de los vasos de roca: ‘En uso, las partículas tienden a romperse y aplastarse en lugar de desgastarse... [haciendo] que las partículas se mantengan ‘generalmente siempre afiladas’‘.

Carburo de silicio negro versus verde: ¿qué grado?

Ambos grados son carburo de silicio, la distinción es la pureza que altera la dureza, la friabilidad y el costo asociado. El carburo de silicio negro tiene 95-98,5% SiC, mientras que el verde tiene 99% o superior, es un poco más duro y friable, por lo que es más adecuado para operaciones de precisión más exigentes y herramientas de alta calidad.

La compensación es el costo: el verde es más caro porque la pureza y friabilidad adicionales se mantienen solo en lapeado de precisión hasta acabados submicrónicos, mientras que en un taller de molienda de producción el negro es el grano más duro y barato con aproximadamente 95% de dureza por una fracción. del precio. Independiente estudios de caracterización de polvos de alúmina, carburo de boro y carburo de silicio siguen el mismo enlace de grado a propiedad. En la práctica, el verde ejecuta aproximadamente 99,2-99,5% SiC frente a 97-98,5% para el negro, una brecha de pureza de 1-2% que importa más a granos más finos que F320 (menos de 30 µm).

Sin embargo, en realidad no es frecuente que apuntes a la figura más dura posible. SiC, negro «para desbarbar piezas fundidas, eliminar el óxido, es barato y funciona bien. SiC, verde «para afilar insertos de carburo, lamer la cara de un anillo de sellado a un espejo, donde se requiere mayor pureza, más friabilidad, etc. por el costo.

Explicación de los tamaños de arena de carburo de silicio (gráfico FEPA)

El número de grano es sólo un código de tamiz: un número más alto significa una partícula más pequeña y un acabado más fino. El problema es que existen varios estándares. La arena de carburo de silicio se clasifica principalmente con los números FEPA “F” para grano adherido (muelas abrasivas) y los números “P” para grano recubierto (papel de lija) “junto con ANSI B74.12 e ISO 8486, siendo JIS R6001 común en Asia. Los tamaños gruesos de ”macrogrit“ cubren el extremo de extracción pesada, los tamaños finos de ”microgrit” el extremo de pulido y los gráficos de tamiz más antiguos todavía citan un número de malla para la misma partícula. El Imprimación UAMA “Abrasivos 101” explica por qué los grados ANSI y FEPA difieren, y por qué FEPA P (recubierto) y FEPA F (unido) no son intercambiables en el mismo número.

¿qué grano de carburo de silicio debo usar?

Haga coincidir la arena con el paso, no con el material. Comience grueso para eliminar el material, luego haga un paso más fino para refinar la superficie. Para la preparación de la superficie y la eliminación de óxido, F16-F36 corta rápido; para rectificado general y la primera pasada de lapeado, F46-F80; para lapeado de precisión y control de tolerancia, F100-F220; y para pulir vidrio, ópticas o caras de sellado, F320 y más finas, con acabado en F800-F1200.

Eso cubre aproximadamente 1320 micrones en F16 hasta 3 micrones en F1200, y una configuración típica de explosión de SiC funciona a aproximadamente 40-90 psi. Si te equivocas, perderás el tiempo o dejarás rayones, porque cada paso tiene que limpiar las marcas del último; en el banco, un maquinista normalmente pasa de F60 (260 µm) a F220 (58 µm) a F600 antes de pulir. Una regla práctica al lijar en húmedo o lapear: nunca saltes más de uno o dos pasos de arena, o los rayones anteriores no se eliminarán por completo. Y siempre verifique si un proveedor cotiza FEPA F (adherido), FEPA P (recubierto), ANSI/CAMI o JIS, el mismo “400” puede significar diferentes micrones en esos sistemas.

Formas abrasivas de carburo de silicio y qué proceso adapta cada uno

Todas estas sémolas abrasivas realizan muchos trabajos diferentes, aunque es la forma, y no necesariamente la calidad, lo que determina el método. El mismo abrasivo suelto se comporta de manera completamente diferente como un abrasivo adherido encerrado en una rueda o como un abrasivo recubierto pegado al papel. Incluso los propios granos están diseñados para estas formas, como literatura de patentes sobre granos abrasivos de carburo de silicio muestra. Encuentre la mejor combinación entre las formas de abrasivo en el siguiente mapa.

El mapa de procesos abrasivos de SiC de 5 formas

Un ejemplo de trabajo: para aplanar una placa de lapeado de hierro, estaría usando SiC verde suelto libre F120-F220 y un soporte, no una rueda unida, para facilitar el corte plano usando la arena libre que se desplaza sobre la parte plana de la herramienta contra la interfaz de la pieza de trabajo. Para desbarbar el borde de una pieza fundida, el SiC verde idéntico será más eficaz en una rueda unida que puede mantener mejor la integridad en un borde.

Para qué se utiliza el abrasivo de carburo de silicio

El abrasivo de carburo de silicio se utiliza para cinco trabajos industriales principales: molienda de metales no ferrosos y hierro fundido, lapeado y pulido, arenado y preparación de superficies, corte de cerámica y piedra, y afilado. En ruedas de corte, el carburo de silicio funciona en aleaciones no ferrosas como latón, aluminio y cobre, piezas fundidas de hierro gris y herramientas de corte y perforación de carburo cementado.

El carburo de silicio también corta y muele materiales cerámicos duros. En Lapeado y Pulido En trabajos de lapeado y pulido, la suspensión de SiC de calidad micrón controla la planitud y el acabado superficial de elementos ópticos, cerámicas, caras de sellado y piezas no ferrosas en aluminio, zinc, latón y titanio. en arenado y preparación de superficies La arena de SiC tiene los bordes afilados necesarios para limpiar o preparar superficies de acero o hierro, para eliminar incrustaciones y corrosión antes de soldar o pintar. Al no tener sílice, el SiC elimina los riesgos de polvo de sílice cristalina asociados con el arenado, una de las razones boletín nacional sobre abrasivos enumera el carburo de silicio entre los principales abrasivos fabricados en estas aplicaciones. Aserrado y apósito En la industria de la piedra y los azulejos, el carburo de silicio cortará granito, mármol y muchas baldosas duras. Las hojas de sierra que contienen carburo de silicio también pueden revestir elementos de máquinas como rollos y equipos de corte y rectificado. Historia La aplicación original de abrasivos de carburo de silicio, piedras de afilar ñona o piedras llamadas piedras de afilar y piedras de banco de carborundo, nunca ha pasado de moda, y el carburo de silicio sigue siendo una piedra favorita entre los trabajadores metalúrgicos y maquinistas porque fue el primer abrasivo fabricado producido en masa descubierto a finales del siglo XIX

Carburo de silicio versus óxido de aluminio versus carburo de boro versus diamante

Seleccione la familia de granos (a menudo la pregunta real más importante): la dureza por sí sola proporciona una respuesta incorrecta; se trata de la dureza relativa del grano y la pieza de trabajo, y rangos de dureza medidos para estas cerámicas, muestre qué tan separadas se encuentran las familias (la compatibilidad entre la resistencia del abrasivo y la resistencia de la pieza de trabajo).

La prueba de decisión de la brecha de dureza

Ejecute la prueba de decisión de dureza-brecha antes de comprar: pregunte qué tan dura y quebradiza es la pieza de trabajo, luego elija el grano un paso más duro de lo que necesita. El trabajo suave pero resistente (acero suave o endurecido) se adapta mejor al óxido de aluminio, ya que el SiC se desmoronaría. Para trabajos duros y quebradizos (vidrio, piedra, cerámica, hierro fundido, carburo), elija carburo de silicio. Para una cerámica extremadamente dura con la que incluso el SiC tiene dificultades, opte por el carburo de boro. Para materiales ultraduros o de calidad oblea donde el acabado y el corte son más importantes, vaya al diamante.

¿es el carburo de silicio más duro que el óxido de aluminio?

Sí, el carburo de silicio es significativamente más duro que el óxido de aluminio, aproximadamente 2.500-2.800 Knoop frente a unos 2.000. Pero aquí está la trampa. Los especialistas en lapeado de Grind Lap y los maquinistas de Practical Machinist señalan lo mismo: en el acero duradero y dúctil, el grano más duro no gana, porque los granos friables del SiC se fracturan más rápido y el silicio y el carbono tienen una afinidad química por el hierro en la interfaz de molienda.

Entonces, para tasas de eliminación altas en trabajos duros y quebradizos, es preferible el carburo de silicio; para un acabado más suave y un menor costo en el acero, el óxido de aluminio sí lo es. Más duro no siempre es mejor.

En qué carburo de silicio NO se debe utilizar (+ Seguridad)

El carburo de silicio no debe utilizarse en acero endurecido o de alta resistencia. El error más común es tratarlo como un “abrasivo más duro” universal, pero en acero resistente se queda corto: los granos friables se descomponen antes de haber trabajado mucho, y el SiC, la afinidad química del hierro, acelera el desgaste, por lo que la carga de las ruedas y embotamiento.

Para metales dúctiles y ferrosos, el óxido de aluminio o el CBN (nitruro de boro cúbico) dura mucho más, lo que coincide con el comportamiento publicado de estas cerámicas abrasivas. La regla general de que “la arena más dura siempre corta mejor” simplemente es incorrecta en el acero.

¿Es seguro el papel de lija de carburo de silicio? Usado con sensatez, sí. El SiC en sí no contiene sílice, por lo que no crea el riesgo respirable de sílice cristalina de una verdadera limpieza con chorro de arena. Pero cualquier proceso abrasivo seco arroja polvo fino, y el polvo de lo que estás quitando, la pintura vieja, los revestimientos, la pieza de trabajo, puede ser el verdadero peligro, por lo que aún se aplican protección ocular, protección respiratoria y buena extracción.

Lodo de SiC suelto versus diamante fijo en corte de material duro y quebradizo

El abrasivo de carburo de silicio hace más que moler y pulir, tiene una larga historia como abrasivo de corte para materiales duros y quebradizos. ¿Se sigue utilizando lechada de SiC para cortar silicio, zafiro y cerámica? Menos de lo que era antes, y saber por qué es útil cuando especificas un proceso.

Como fabricante de sierras de alambre para cortar materiales duros y quebradizos, hemos observado este cambio en miles de trabajos de corte. Durante años, se cortaron bloques y obleas con lechada suelta de carburo de silicio: se alimentó una arena de SiC libre a un alambre en movimiento, que llevaba la arena para cortar el material en rollo. Funcionó y todavía se utiliza para realizar algunas vueltas y cortes de menor costo. El problema con la lechada suelta en las obleas de producción es el corte y la consistencia: ensancha el corte y la varita de arena libre, porque nada mantiene cada grano en su lugar, por lo que en una línea de oblea medida en micrones el rendimiento se ve afectado. Pero para las obleas de silicio y zafiro, y para las cerámicas más duras y quebradizas, el alambre de diamante fijo ha reemplazado gran parte de ese corte de lechada de SiC suelta, porque el grano adherido proporciona una corte más estrecha, una uniformidad de espesor más estrecha (TTV), un mayor rendimiento y residuos mucho menos consumibles.

“La suspensión de carburo de silicio suelto todavía tiene un lugar en el lapeado y en algunos cortes sensibles a los costos, pero para la producción de obleas de silicio y zafiro, el alambre de diamante fijo gana en pérdida de corte, calidad de la superficie y velocidad. La desventaja es que el alambre de diamante es una decisión de capital y consumible, mientras que la suspensión de SiC tiene un costo de entrada bajo”

La conclusión práctica: cuando eliges cómo cortar una pieza de trabajo dura y quebradiza, tanto el grado abrasivo como el abrasivo entrega asunto. Para conocer el lado del equipo de esa decisión, consulte nuestra descripción general sierras de alambre para cortar materiales duros y quebradizos, el dedicado Sierra de corte de oblea SiC, el sierra de alambre para cortar zafiro, y el sierra de alambre de diamante cerámica.

Perspectivas de la industria: hacia dónde se dirige la demanda abrasiva de carburo de silicio

El mayor impacto para los compradores no es el costo de la nueva arena de SiC, sino el suministro. Con aumentos masivos en la electrónica de potencia de SiC y los inversores para vehículos eléctricos que se producen, hay más cortes de oblea de SiC que crean toneladas de corte de oblea de SiC. Ese corte se recoge, reutiliza y reconstituye de forma más sistemática como un suministro de arena abrasiva elaborado a partir de lo que alguna vez fue material de desecho.

Sin embargo, esto no es sólo una ilusión, es una industria genuina y viva. Un proceso patentado (EP3043972B1) existe para extraer silicio y carburo de silicio de lodos gastados de aserrado de obleas, existe un artículo revisado por pares que resume el reciclaje de silicio de calidad solar de lodos de pérdida de corte, y Europa alberga sus propias operaciones de reciclaje de SiC in situ a través de como el proyecto RECOSiC. Para un comprador, el riesgo es pagar precios vírgenes por arena que funciona como recuperada, porque la documentación de calidad a menudo va por detrás del suministro; en la práctica, especifique un SiC % mínimo y un objetivo de friabilidad en cualquier pedido de más de unos pocos cientos de kg. Informes de mercado más amplios (solo direccionales) proyectan que la demanda mundial de abrasivos de carburo de silicio seguirá un crecimiento porcentual de dos dígitos hasta mediados de la década de 2030, ya que está respaldada por ese mercado electrónico en constante crecimiento una vez más.

Lo que esto significa para los compradores de 2026: esté atento a que aparezcan más grados de SiC recuperados y diseñados para la friabilidad en su puerta principal, incluso el SiC “virgen” de algunos proveedores, puede sorprenderlo. La clave tome medidas para tener en cuenta aquí, al emitir una orden de compra, asegúrese de ser muy específica: especifique la pureza y la friabilidad de su pedido, no solo una “brisa # ”. La arena reciclada puede ser la solución de su vida útil, SI se califica adecuadamente. Si anticipa una alta capacidad de corte y lapeado de precisión, dura y quebradiza durante los próximos 2 o 3 años, asegúrese de que su análisis de “decisiones” analice el material de SiC reciclado graduado. Podría ser un verdadero camino “menos costoso” para su empresa.

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