Slinutý karbid křemíku

Karbid křemíku je nenahraditelný konstrukční keramický materiál díky své výjimečné pevnosti při vysokých teplotách a odolnosti vůči oxidaci, díky čemuž je nepostradatelný v oblasti strojírenské výroby, letecké techniky a informační elektroniky.

Reakční spékání nabízí nízké teploty a krátké doby spékání při výrobě tvarů blízkých čisté velikosti, ale je omezeno nerovnoměrným rozložením hustoty, praskáním spékaných výrobků a nedostatečnou penetrací křemíku během spékání.

Pevnost při vysokých teplotách

Karbid křemíku je extrémně tvrdý a houževnatý keramický materiál proslulý svou vynikající pevností při vysokých teplotách, odolností proti opotřebení a chemickou oxidací. Díky těmto vlastnostem nachází karbid křemíku uplatnění v mnoha průmyslových aplikacích včetně jaderných elektráren, pecí, trysek proudových motorů, raketových trysek a výroby papíru.

Jedním ze způsobů, jak zlepšit mechanické vlastnosti slinutého karbidu křemíku při vysokých teplotách, je přidání přísad, jako je hliník, bór a uhlík (SiC-ABC), které zvyšují odolnost proti tečení. Tyto přísady mění energie na hranicích zrn a povrchové energie a zároveň zvyšují rychlost objemové difúze a brání tvorbě skla na hranicích zrn.

Dalším způsobem, jak zvýšit mechanické vlastnosti, je beztlakové spékání, které zahrnuje spékání práškových kompaktů SiC bez použití vnějšího tlaku. Výhoda této metody spočívá v eliminaci změn hustoty způsobených tradičními metodami spékání za tepla, které mají za následek výrazné rozměrové změny a sníženou kvalitu výrobků, a také vytváří hustoty bližší teoretickým hodnotám než kdykoli předtím.

Odolnost proti korozi při vysokých teplotách

Karbid křemíku vykazuje vynikající odolnost proti chemické korozi v širokém rozsahu prostředí až do teploty 1700 stupňů C, jako je suchý kyslík, horké plynné páry a kapalné soli a kovy, jakož i roztavené soli a strusky uhelného popela.

Slinutý karbid křemíku má díky své struktuře a kvalitě povrchu vynikající odolnost proti korozi. Tento materiál se může pochlubit silnou odolností proti erozi (klouzání), mechanické pevnosti, tepelným šokům a opotřebení.

Vysokoteplotní slinutý materiál z karbidu křemíku XICAR (běžně označovaný jako alternativa Hexoloy SE) se ukázal jako vysoce odolný vůči chemické korozi v kyselém prostředí, jako je koncentrovaná HCl a HNO3, přičemž vzorky ošetřené Y2O3 mají vyšší odolnost než vzorky s použitím pomocného slinutí MgO.

Reakčně vázaný slinutý karbid křemíku, běžně označovaný jako samovazný karbid křemíku, se vyrábí reakcí porézního keramického tělesa obsahujícího uhlík s tekutým křemíkem. Tato směs proniká do keramického tělesa, reaguje s grafitem za vzniku b-SiC a poté se spojuje se stávajícími částicemi a-SiC za účelem vytvoření reakčně slinutého karbidu křemíku s plnou hustotou a různými tvary, které jsou tímto procesem dostupné.

Vysoká pevnost

Karbid křemíku je jedním z nejpevnějších keramických materiálů. Karbid křemíku se vyznačuje vynikající pevností při vysokých teplotách a odolností proti oxidaci, a proto je vynikající volbou materiálu pro použití v mnoha průmyslových aplikacích.

Keramiku z karbidu křemíku lze obvykle vyrábět buď beztlakovým spékáním, nebo reakčním spojováním, a společnost Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories nabízí oba typy, které vyhovují řadě konečných aplikací.

Beztlakový slinutý karbid křemíku se vyrábí kombinací jemných částic prášku SiC s neoxidovými spékacími přísadami a slinováním při teplotách vyšších než 2000 °C v inertní atmosféře, čímž vzniká materiál s vysokou hustotou, vynikající odolností proti oxidaci, korozi a mechanickými vlastnostmi.

Reakční slinování je nový proces výroby keramiky z karbidu křemíku (SiC), který nabízí výhody, jako je hustá struktura, nižší teplota zpracování, tvarová stálost, nízké náklady a vyšší čistota. Bohužel však jeho pevnost v ohybu zdaleka nedosahuje pevnosti standardního slinutého SiC kvůli velikosti zbytkového uhlíku (Si) v jeho mikrostruktuře.

Vysoká odolnost

Keramika ze slinutého karbidu křemíku patří k nejtvrdším a nejpevnějším keramickým materiálům, přičemž si zachovává pevnost i při extrémně vysokých teplotách - je tedy vynikající volbou pro aplikace, kde je klíčová odolnost vůči vysokým teplotám.

SSIC vykazuje téměř konstantní pevnost v širokém rozsahu teplot a zachovává si houževnatost i při vysokém tlaku, což z něj činí velmi oblíbený materiál pro vysoce výkonné součásti čerpadel a další důležité součásti zařízení.

SSIC se vyrábějí běžnými technikami tváření keramiky. Po vytvarování do požadovaného tvaru se SSIC slinují za vysoké teploty a tlaku v atmosféře inertního plynu.

Spékání lze rozdělit na dvě odlišné fáze, a to na spékání v pevné fázi a v kapalné fázi. Spékání v pevné fázi vyžaduje přídavek C a B jako pomocných látek pro spékání, aby se snížila energie na hranicích zrn keramiky SiC, zatímco v kapalné fázi se jako činidlo používá jeden nebo více eutektických oxidů prvků (např. Y2O3), které vytvářejí elektrolytickou fázi s pohybem, difuzí a přenosem hmoty mezi částicemi oxidu křemičitého, aby se zhustila hustota materiálu.