Синтезиран силициев карбид

Силициевият карбид е един от най-твърдите керамични материали, който се отличава с изключително висока якост и топлопроводимост. Освен това устойчивостта му на окисляване и корозия го прави подходящ за високотемпературни среди.

Реакционно свързаният SiC има едри зърна и ниска устойчивост на корозия, докато директно синтерованият SiC е по-плътен и предлага по-добри характеристики при високи температури. При синтероване без налягане се използва много фин SiC прах с неоксидни добавки за синтероване, за да се получи плътен материал с отлични физични свойства.

Твърдост

Силициевият карбид е един от най-твърдите обичайни абразивни материали, който се класира на 9,5 по скалата на Моос - близо до диаманта, който се класира на 10. Тази твърдост му осигурява отлична износоустойчивост дори при повишени температури; химикалите, солите, киселините и основите не представляват голяма заплаха; устойчивостта на термичен удар е добра; освен това теглото му е наполовина по-малко от това на стоманата!

Синтероването в течна фаза има предимства пред други процеси, включително ниски температури на обработка и добра възможност за оформяне. Освен това пълната му плътност и превъзходните му механични свойства го правят подходящ за абразивна обработка, шлайфане и полиране, както и за приложения за рязане, пробиване, гравиране и фрезоване.

Спеченият SiC се използва широко за части от оборудване за производство на полупроводници, лазери и структурни приложения в термоядрени реактори поради изключителната си химическа стабилност, температурна устойчивост, ниска плътност, здравина, устойчивост на износване и ниска енергия на активиране. Предлагат се както реакционно свързани, така и директно синтеровани класове SiC; реакционно свързаните класове обикновено предлагат по-ниски разходи с по-груба зърнистост за по-ниска ударна и топлинна работа, докато директно синтерованите класове предлагат по-добра износоустойчивост при повишени температури с по-фина зърнистост, която предлага по-голяма износоустойчивост при повишени температури. Класовете с реакционно свързване, които имат по-едри зърна с по-фина зърнометрия, обикновено се определят като по-често използвани. За по-голяма твърдост при условия на работа, отколкото високотемпературни приложения или работа, изисквани от Директно синтеровани видове, използвани поради превъзходна износоустойчивост при повишени температури, по-често специфицирани в сравнение с за употреба, съответно поради като превъзходна износоустойчивост при повишени температури са желани и твърдост са предпочитани над когато са специфицирани от двете Отхвърляне може да се използват са предпочитани поради като превъзходна износоустойчивост/твърдост при повишени работни работи, по-често специфицирани директно Синтеровани видове, когато са специфицирани с директно синтеровани видове, може да се наложи и двете опции са специфицирани и твърдост, осигурена по-често използвани така.

Сила

Силициевият карбид е изключително здрав огнеупорен керамичен материал с превъзходна твърдост, високотемпературна якост и устойчивост на химическа корозия - свойства, които го правят един от най-универсалните огнеупорни материали в света и се използват в различни индустриални приложения.

Синтероването чрез горещо пресоване е един от основните методи за производство на SiC керамика. При тази техника се използва изключително фин прах от силициев карбид, смесен с добавки за синтероване, който се уплътнява с помощта на традиционни методи за формоване на керамика, като изостатична преса, щамповане или инжектиране, за да се получат плътни структури, съставени от малки частици, които осигуряват здравина.

Течнофазовото безналягане на SiC (LPPSiC) е друга техника за уплътняване на SiC. При нея течен силиций или силициева сплав се въвежда в зелено тяло от a-SiC частици, за да се образува b-SiC, който реагира и се свързва със съществуващите a-SiC частици, за да ги уплътни и да уплътни тялото като цяло.

Реакционно синтерованият силициев карбид има отлична способност за оформяне на сложни форми, ниски температури на обработка и нива на чистота; неговите механични свойства, като например якост на огъване, са по-ниски от нормално синтерования силициев карбид; за да се увеличи това свойство, е необходимо да се контролират размерите на остатъчния Si чрез контролиране на размерите на частиците под 100 nm - това постижение бележи голям успех в подобряването на якостта на LSiC керамиката.

Устойчивост на корозия

Силициевият карбид се отличава с отлична устойчивост на корозия и издържа на температури до 1900 градуса по Целзий, което го прави подходящ за приложения, при които химическите и термичните шокове могат да повредят компонентите.

Корозията в керамиката възниква в резултат на образуването на оксиден слой върху повърхността ѝ, обикновено силициев или силикатен, в зависимост от фактори като въздействието на околната среда, примеси, спомагателни вещества при синтероване, фази на границата на зърната и реакции, настъпили малко след това. Това води до големи разлики в корозионното поведение на материалите от силициев карбид и силициев нитрид.

Тъй като основните проблеми при проектирането на материали за използване в корозионна среда са степента на оцеляване (измерена като степен на отстъпление в корозионна среда) и механичната якост (якост на С-пръстен или четириточков огъващ елемент), корозията увеличава повърхностните дефекти, които отслабват якостта с течение на времето и намаляват механичния живот.

Синтезираният силициев карбид е отличен избор за използване в тежки условия поради комбинацията от висока якост и износоустойчивост, ниска специфична плътност и отлични трибологични свойства. Често се използва в компоненти, които трябва да издържат на ударни натоварвания от тежки товари, като дюзи за бластиране или лагери за плъзгащи се лагери; освен това е широко използван в спирачки от подсилен с въглеродни влакна силициев карбид или при производството на бронежилетки, тъй като е устойчив на високи натоварвания и температури.

Дълготрайност

Синтерованият силициев карбид е изключително твърд керамичен материал с отлична износоустойчивост и защита от корозия, което го прави отличен абразивен материал. Той може да бъде намерен в шлифовъчни дискове, точила за процеси на хонинговане, пясъкоструйки и водоструйни фрези за приложения за шлифоване или хонинговане, както и за процеси на рязане с водна струя.

Химическата устойчивост на този материал му позволява да издържи на продължително излагане на обичайни неорганични киселини, соли и основи, без да претърпи деградация. Освен това издръжливостта му се увеличава благодарение на плътно подредените ковалентни връзки, образувани от 4 силициеви и 4 въглеродни атома при формирането на тетраедрични координати.

Синтезираният SiC се получава чрез пресоване и синтероване (нагряване) на частици силициев прах. Синтероването позволява на тези отделни частици да се слеят в твърдо парче с висока твърдост и здравина, което е устойчиво на окисляване и корозия; освен това има по-голяма издръжливост от повечето видове керамика.

Реакционно свързаният силициев карбид, произведен чрез инфилтриране на течен силиций в порести графитни или въглеродни преформи, предлага по-ниска якост от синтерования силициев карбид, но е по-подходящ поради ниските температури на обработка, добрата оформяемост и по-голямата чистота. Силициевият карбид, синтерован по реакционен път, има якост на огъване при стайна температура от около 300 MPa.

Реакционно синтерованият силициев карбид с помощни средства за синтероване от бор или въглерод има изключително висока устойчивост на пълзене, постигната чрез модифициране на енергиите на границите на зърната и повърхностните енергии, както и чрез увеличаване на скоростта на обемна дифузия за насърчаване на уплътняването и сгъстяването. Това позволява на зърната да останат в пряк кристален контакт, без да се образуват структури от втора фаза на границите на зърната.