كربيد السيليكون الملبد

يُعد كربيد السيليكون مادة خزفية هيكلية لا يمكن الاستغناء عنها بسبب قوتها الاستثنائية في درجات الحرارة العالية ومقاومتها للأكسدة، مما يجعلها مادة لا غنى عنها في مجالات الإنتاج الميكانيكي وتكنولوجيا الفضاء وإلكترونيات المعلومات.

يوفر التلبيد التفاعلي درجات حرارة منخفضة وأوقات تلبيد قصيرة مع إنتاج أشكال قريبة من الحجم الصافي، ولكن يحد من ذلك التوزيع غير المتساوي للكثافة وتشقق المنتجات الملبدة وعدم كفاية تغلغل السيليكون أثناء عمليات التلبيد.

قوة درجات الحرارة العالية

كربيد السيليكون مادة خزفية شديدة الصلابة والقوة تشتهر بقوتها الفائقة في درجات الحرارة العالية ومقاومتها للتآكل وخصائصها المقاومة للأكسدة الكيميائية. وبفضل هذه الخصائص، يُستخدم كربيد السيليكون في العديد من التطبيقات الصناعية بما في ذلك محطات الطاقة النووية والأفران والمحركات النفاثة وفوهات الصواريخ وصناعة الورق.

وتتمثل إحدى طرق تحسين الخواص الميكانيكية في درجات الحرارة العالية لكربيد السيليكون الملبد في إضافة إضافات مثل الألومنيوم والبورون والكربون (SiC-ABC) التي تعزز مقاومة الزحف. تعمل هذه الإضافات على تغيير طاقات حدود الحبيبات وطاقات السطح مع زيادة معدلات انتشار الحجم وتثبيط تكوين الزجاج عند حدود الحبيبات.

هناك طريقة أخرى لزيادة الخواص الميكانيكية وهي التلبيد بدون ضغط، والتي تنطوي على تلبيد مسحوق سيكلوريد الكربون المضغوط دون استخدام ضغط خارجي. وتكمن فائدة هذه الطريقة في التخلص من اختلافات الكثافة الناتجة عن طرق التلبيد التقليدية بالضغط الساخن التي تؤدي إلى تغيرات كبيرة في الأبعاد وانخفاض جودة المنتج - كما أنها تخلق كثافات أقرب إلى القيم النظرية من أي وقت مضى.

مقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية

تُظهر كربيد السيليكون مقاومة ممتازة للتآكل الكيميائي عبر مجموعة واسعة من البيئات حتى 1700 درجة مئوية، مثل الأكسجين الجاف والأبخرة الغازية الساخنة والأملاح السائلة والمعادن وكذلك الأملاح المنصهرة وخبث رماد الفحم.

يوفر كربيد السيليكون الملبد مقاومة ممتازة للتآكل بسبب هيكله وجودة سطحه. تتميز هذه المادة بمقاومة قوية ضد التآكل (الانزلاق) والقوة الميكانيكية والصدمات الحرارية والتآكل.

أثبتت مادة كربيد السيليكون الملبدة ذات درجة الحرارة العالية XICAR (يشار إليها عادةً باسم بديل Hexoloy SE) أنها شديدة المقاومة للتآكل الكيميائي في البيئات الحمضية مثل HCl وHNO3 المركز، حيث تتمتع العينات المعالجة ب Y2O3 بمقاومة أعلى من تلك التي تستخدم مساعد التلبيد MgO.

يتم إنتاج كربيد السيليكون الملبد المترابط بالتفاعل، والذي يشار إليه عادةً باسم كربيد السيليكون المترابط ذاتيًا، عن طريق تفاعل جسم خزفي مسامي يحتوي على الكربون مع السيليكون السائل. يتسلل هذا الخليط إلى جسم السيراميك، ويتفاعل مع الجرافيت لتكوين b-SiC ثم يتحد مع جسيمات a-SiC الموجودة من أجل تشكيل كربيد السيليكون الملبد بالتفاعل الكامل الكثافة مع أشكال مختلفة متاحة من خلال هذه العملية.

قوة عالية

كربيد السيليكون هو أحد أقوى المواد الخزفية. وبفضل قوته الفائقة في درجات الحرارة العالية ومقاومته للأكسدة، فإن كربيد السيليكون يعد خيارًا ممتازًا للمواد المستخدمة في العديد من التطبيقات الصناعية.

يمكن تصنيع سيراميك كربيد السيليكون عادةً من خلال عمليات التصنيع الملبدة بدون ضغط أو من خلال عمليات التصنيع المرتبطة بالتفاعل، وتوفر شركة سان غوبان بيرفورمانس سيراميك وحراريات الأداء كلا النوعين لتلبية مجموعة من تطبيقات الاستخدام النهائي.

يتم إنتاج كربيد السيليكون الملبد بدون ضغط عن طريق الجمع بين مسحوق كربيد السيليكون الناعم الجسيمات مع مساعدات التلبيد غير الأكسيدية وتلبيده عند درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية في جو خامل، مما ينتج مادة عالية الكثافة ذات مقاومة فائقة للأكسدة ومقاومة للتآكل وخصائص ميكانيكية.

يعد التلبيد التفاعلي عملية ناشئة لإنتاج سيراميك كربيد السيليكون (SiC)، حيث يوفر مزايا مثل الهياكل الكثيفة، ودرجات حرارة معالجة أقل، والقدرة على التشكيل، والتكلفة المنخفضة، والنقاء العالي. ومع ذلك، لسوء الحظ، فإن قوة ثنيها أقل بكثير من كربيد السيليكون الملبد القياسي بسبب أحجام الكربون المتبقية في بنيتها المجهرية.

صلابة عالية

يُعد سيراميك كربيد السيليكون الملبد من بين المواد الخزفية الأكثر صلابة وقوة، بينما يظل قويًا في درجات الحرارة العالية للغاية - مما يجعله خيارًا ممتازًا للتطبيقات التي تكون فيها مقاومة درجات الحرارة العالية أمرًا أساسيًا.

تُظهر SSIC قوة ثابتة تقريبًا عبر نطاق واسع من درجات الحرارة وتحتفظ بصلابتها حتى تحت الضغط الشديد، مما يجعلها خيارًا شائعًا للغاية لمكونات المضخات عالية الأداء وأجزاء المعدات الأساسية الأخرى.

يتم إنتاج SSICs باستخدام تقنيات تشكيل السيراميك التقليدية. بعد تشكيلها في الأشكال المرغوبة، يتم تلبيد SSICs تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين في جو غازي خامل.

يمكن تقسيم التلبيد إلى مرحلتين متميزتين، التلبيد في الطور الصلب والتلبيد في الطور السائل. يتطلب التلبيد في الطور الصلب إضافة C وB كمساعدات تلبيد لتقليل طاقة حدود حبيبات سيراميك SiC، بينما يستخدم الطور السائل عنصر أو أكثر من أكاسيد سهلة الانصهار (مثل Y2O3) كعامل، مما يخلق مرحلة كهربائية مع الحركة والانتشار ونقل الكتلة بين جزيئات السيليكا لتكثيف كثافة المادة.