Visión general de silicio titanio en polvo
El polvo de titanio y silicio es una aleación en polvo compuesta de titanio y silicio. Ofrece una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones.
Algunas de las principales ventajas del polvo de silicio de titanio son:
- Elevada relación resistencia/peso
- Buena resistencia a la corrosión y a la oxidación
- Capacidad para soportar altas temperaturas
- Bajo coeficiente de dilatación térmica
- No tóxico y biocompatible
El polvo de titanio y silicio puede producirse mediante diversos métodos, como la atomización con gas, la aleación mecánica y la síntesis térmica por plasma. La composición y las propiedades pueden adaptarse ajustando la relación Ti/Si, así como los parámetros de producción.
Tipos de silicio titanio en polvo
El polvo de silicio de titanio está disponible en varias composiciones, tamaños de partícula y morfologías en función del método de producción y la aplicación prevista:
| Tipo | Composición típica | Tamaño de partícula | Morfología |
|---|---|---|---|
| Ti-6Si | 6% Si, equilibrio Ti | 15-45 μm | Esférica |
| Ti-10Si | 10% Si, equilibrio Ti | 106-250 μm | Irregular |
| Ti-15Si | 15% Si, equilibrio Ti | 45-106 μm | Flaky |
Ti-6Si con partículas pequeñas y esféricas ofrece una buena fluidez para la fabricación aditiva. Ti-10Si El polvo irregular es adecuado para la pulverización térmica. Ti-15Si La morfología escamosa proporciona una mayor superficie para aplicaciones de sinterización.
Polvo de titanio y silicio Composición
El contenido de silicio en el polvo de silicio de titanio puede oscilar entre 6% y 15%. El silicio mejora la resistencia, el módulo elástico y las propiedades a alta temperatura del titanio. También refina la microestructura, lo que mejora la ductilidad y la resistencia a la fractura.
Con mayores adiciones de silicio, empiezan a surgir problemas como la dificultad de trabajabilidad y el aumento de la fragilidad. Así pues, las adiciones óptimas de Si dependen de la aplicación: alrededor de 6% para la fabricación aditiva, 10% para la pulverización térmica y 15% para la sinterización.
Las impurezas traza en el polvo de silicio de titanio del proceso de producción pueden incluir:
| Impureza | Composición típica |
|---|---|
| Oxígeno (O) | 0.15% |
| Nitrógeno (N) | 0.05% |
| Carbono (C) | 0.08% |
| Hierro (Fe) | 0.30% |
Controlar los niveles de impurezas es crucial para la calidad del polvo, ya que pueden afectar negativamente a las propiedades mecánicas.
Propiedades del silicio titanio en polvo
Entre las propiedades clave del polvo de silicio de titanio se incluyen:
| Propiedad | Valores típicos |
|---|---|
| Densidad | 4,1-4,5 g/cm3 |
| Punto de fusión | 1600-1700°C |
| Conductividad térmica | 6,7-10,5 W/mK |
| Resistividad eléctrica | 1,7-1,75 μΩ.m |
| Módulo de Young | 110-160 GPa |
| Relación de Poisson | 0.32-0.34 |
| Resistencia a la oxidación | Hasta 700°C en aire |
A mayor contenido de silicio, aumentan la densidad, el módulo elástico y la resistividad, mientras que disminuye la conductividad térmica. La optimización de estas propiedades amplía la aplicabilidad de los polvos de titanio y silicio.
Silicio titanio en polvo Aplicaciones
Algunas de las principales áreas de aplicación del polvo de silicio de titanio son:
| Industria | Aplicaciones | Beneficios |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Palas de turbina, tren de aterrizaje | Alta resistencia, resistencia a la temperatura |
| Automotor | Piezas de motor, válvulas | Resistencia al desgaste y a la corrosión |
| Biomédica | Implantes, dispositivos | Biocompatible, no tóxico |
| Fabricación aditiva | Componentes impresos en 3D | Baja densidad, buena imprimibilidad |
| Rociado térmico | Revestimientos | Gran dureza y resistencia al desgaste |
La composición a medida y las propiedades de los polvos de silicio titanio los hacen adecuados para estas aplicaciones críticas en todos los sectores industriales.
Especificaciones del silicio titanio en polvo
Los polvos de silicio de titanio están disponibles bajo diversas especificaciones internacionales e industriales:
| Estándar | Los grados | Tamaño de partícula | Impurezas |
|---|---|---|---|
| ASTM B981 | Grado 5, 23 | 63-150 μm | Límites de Fe, C, N |
| AMS 4995 | Tipo A, B, C | 45-125 μm | Límites O, N, C |
| AP&C | TSi6, TSi10 | 20-63 μm | Composición personalizada |
Las especificaciones dictan la distribución del tamaño de las partículas, la morfología, las características de flujo, la densidad aparente, así como estrictos límites de impurezas. Cumplir las normas de certificación es esencial para garantizar el control de calidad.
Proveedores del mercado del silicio titanio en polvo
Algunos de los principales proveedores mundiales de polvo de silicio de titanio son:
| Compañía | Capacidad de producción | Precios |
|---|---|---|
| AP&C | 1500 toneladas al año | $55-75 por kg |
| TLS Técnica | 1000 toneladas al año | $45-90 por kg |
| AMETEK | 500 toneladas al año | $60-120 por kg |
| Sandvik | 250 toneladas al año | $75-150 por kg |
El precio depende del volumen del pedido, la composición del polvo, las características de las partículas y el nivel de control de calidad según las especificaciones. Los pedidos personalizados de mayor volumen suelen tener más margen de negociación en las condiciones de precio que las compras de lotes estándar pequeños.
Pros y contras de Silicio titanio en polvo
| Pros | Contras |
|---|---|
| Elevada relación resistencia/peso | Caro en comparación con el acero |
| Excelente resistencia a la corrosión | Reactividad con el oxígeno a altas temperaturas |
| Buenas propiedades a altas temperaturas | Menor ductilidad que el titanio puro |
| Baja toxicidad | Difícil de mecanizar en algunas composiciones |
| Propiedades personalizables | Proveedores y capacidad de producción limitados |
Gracias a la optimización de la composición y los métodos de producción, los polvos de silicio-titanio ofrecen un rendimiento inigualable a pesar de algunas limitaciones.
Comparación con alternativas
Vs Acero inoxidable: Más caro pero con una relación resistencia/peso mucho mayor, puede soportar temperaturas más elevadas
Vs Aleaciones de aluminio: Mayor densidad pero mejor estabilidad medioambiental y propiedades mecánicas
Vs Aleaciones de Titanio: Más frágil, pero mayor resistencia a la fluencia y módulo a alta temperatura
Vs Aleaciones de Tungsteno: Menor densidad y más fácil de procesar, pero menor blindaje contra las radiaciones
Entre las aleaciones avanzadas competidoras, polvos de silicio titanio destacan por la combinación de propiedades a medida que permite la aleación de silicio con titanio.
Preguntas más frecuentes
He aquí algunas preguntas frecuentes sobre el polvo de silicio de titanio:
P: ¿Para qué se utiliza el polvo de silicio de titanio?
A: El polvo de silicio de titanio se utiliza para fabricar componentes de alto rendimiento para la industria aeroespacial, de automoción, dispositivos biomédicos, fabricación aditiva, recubrimientos por pulverización térmica, etc., debido a su excelente resistencia, resistencia a la temperatura y biocompatibilidad.
P: ¿Contiene titanio y silicio el polvo de titanio-silicio?
A: Sí, es una aleación en polvo compuesta de titanio y silicio en proporciones variables, como Ti-6Si, Ti-10Si, según la composición designada.
P: ¿Qué métodos de procesamiento pueden utilizar el polvo de silicio de titanio?
A: Las principales vías de procesamiento son la fabricación aditiva (impresión 3D), el moldeo por inyección de polvos, la pulverización térmica, la pulvimetalurgia, incluido el prensado y la sinterización, el prensado isostático en caliente (HIP) y el tratamiento térmico.
P: ¿Cuáles son las propiedades mecánicas del polvo de silicio de titanio?
A: Su densidad oscila entre 4,1-4,5 g/cm3, su módulo elástico entre 110-160 GPa, su resistencia entre 500-1100 MPa, su alargamiento entre 5-15%, y su temperatura máxima de uso hasta 700°C en aire. Las propiedades dependen de la composición y el procesamiento.
P: ¿Requiere el polvo de silicio titanio un almacenamiento o manipulación especiales?
A: Se oxida rápidamente por encima de 500°C formando óxidos superficiales quebradizos. Por ello, es necesario sellarlo con gas inerte y limitar la humedad durante el almacenamiento y la manipulación para controlar la contaminación.
P: ¿Cuáles son las alternativas al uso de polvo de silicio de titanio?
A: Las alternativas incluyen aceros inoxidables, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio y aleaciones de tungsteno. Pero el titanio-silicio ofrece la mejor combinación equilibrada de propiedades de resistencia, densidad, rigidez, biocompatibilidad y estabilidad a altas temperaturas.