Реакционно свързан силициев карбид

Реакционно свързаният силициев карбид (RBSC) е изключително твърд и здрав керамичен материал с превъзходна механична якост, устойчивост на удар, химическа стабилност и пластичност, което го прави подходящ за различни приложения.

RB-SiC предлага по-ниска твърдост в сравнение със синтерования силициев карбид, но е по-лесен и по-евтин за производство, като същевременно притежава отлични свойства за устойчивост на термични удари.

Физични свойства

Процесът RMI използва частици a-SiC, включени в пореста въглеродна преформа (G0), преди да се инфилтрират с течен силиций, за да се получи реакционно свързан силициев карбид. За съжаление обаче течният силиций може да доведе до запушване на порите в резултат на процеса на инфилтрация и затова в това изследване е използван многофазен въглерод като противоотрова срещу този проблем и за подобряване на механичните свойства на RB-SiC.

Многофазният въглерод е съставен от фини аморфни сажди и едър микросферичен въглерод. Когато се инфилтрира с течен силиций, микросферичният въглерод се изразходва, докато аморфният въглерод може да се измъкне от порите, за да предотврати реакциите на запълване на порите, които ги запушват - по този начин, когато се наблюдава върху образци P10F90, P20F80 и P30F70, характерният пик не е налице, което предполага, че многофазният въглерод е помогнал да се избегне този проблем и да се подобри якостта на огъване с увеличаване на температурата на инфилтрация и времето на накисване.

Механични свойства

Силициевият карбид RB се произвежда чрез инфилтриране на разтопен силиций в пореста въглеродна или графитна преформа, където той реагира с въглерода, образувайки SiC и създава изключителен керамичен материал, устойчив на износване, удар и химикали, който се предлага в различни форми и размери, вариращи от прости конуси и втулки до по-големи конструирани части за минната или преработвателната промишленост.

Съставът на композитния прекурсор, особено съотношението PF към FA, влияе върху скоростта на реакцията между въглерода и течния силиций по време на високотемпературна пиролиза. Многофазният въглерод засилва проникването на течния силиций през порите в порестите преформи; градираните въглеродни източници помагат да се контролира както съдържанието на b-SiC, така и на свободния Si.

Якостта на огъване и модулът на еластичност на силициевия карбид RB могат да бъдат значително увеличени чрез внимателно сортиране на източника на въглерод, тъй като се елиминират гладките черни и бели блокови повърхности на зърната, които причиняват междукристално разрушаване при огъване.

Топлинни свойства

Топлинните свойства на реакционно свързаната керамика от силициев карбид зависят от вида и съотношението на свързване. Реакционно свързан силициев карбид (RBSC), инфилтриран с метални силициеви частици, инфилтрирани във въглеродни или графитни преформи, които не се свиват по време на този процес; по този начин могат да се създават части с много точни размери.

След като се инфилтрира с RBSC, той се подлага на високотемпературно азотиране при високи температури. По този начин металният силиций се превръща в SiC нитрид и всички останали пространства на порите се запълват с мрежов материал от силициев карбид. XRD показва, че тази форма съдържа диамант, a-SiC, b-SiC, Si и SiO2, докато SEM показва графитни слоеве, както и аморфен въглерод.

Поради наличието на графитен слой RBSC показва по-ниски стойности на k от синтерования SiC, но превъзхожда тези на NSIC. Освен това той значително превъзхожда керамиката на базата на SiO2 по отношение на устойчивостта на корозия, устойчивостта на високи температури, устойчивостта на термични удари и капацитета за абсорбиране на термични удари.

Електрически свойства

Реакционно свързаният силициев карбид предлага отлични електрически свойства, като ниско специфично съпротивление и висока топлопроводимост. Тези качества го правят отличен избор на материал за електрически нагревателни елементи. Освен това неговата химическа инертност и устойчивост на окисляване го правят подходящ за термодвойки за пещи, накрайници на горелки, контролни тухли и муфели в пещи; отличната му устойчивост на термични удари го прави подходящ и за мебели в пещи.

Реакционно свързаният SiC може да бъде създаден чрез процеса на смесване на фино разделени интимни смеси от силиций и въглерод с пластификатор, след което пластификаторът се оформя и изгаря, преди да се инфилтрира с течен или газообразен силиций. Тази реакция позволява на силиция да се свърже с въглерода, за да се получи повече силициев карбид, който след това реагира с първоначалния силициев карбид, за да се образува композит, състоящ се от a-SiC, b-SiC и остатъчен Si.

По време на инфилтрацията се твърди, че гранулите a-SiC и b-SiC, образувани по време на реакцията, са равномерно разпръснати в порестата преформа, без да се образуват бучки, което вероятно се дължи на това, че капилярните канали не са блокирани от новообразуваните частици b-SiC.