Sintret siliciumcarbid

Siliciumcarbid er et af de hårdeste keramiske materialer med ekstremt høj styrke og varmeledningsevne. Derudover gør dets modstandsdygtighed over for oxidation og korrosion det velegnet til miljøer med høje temperaturer.

Reaktionsbundet SiC har grove korn og lav korrosionsbestandighed, mens direkte sintret SiC er mere tæt og giver forbedret ydeevne ved høje temperaturer. Trykløs sintring bruger meget fint SiC-pulver med ikke-oxidiske sintringsadditiver til at producere tæt materiale med fremragende fysiske egenskaber.

Hårdhed

Siliciumcarbid er et af de hårdeste almindelige slibematerialer med en hårdhedsgrad på 9,5 på Mohs' hårdhedsskala - tæt på diamantens 10. Denne hårdhed giver det en fremragende slidstyrke, selv ved høje temperaturer; kemikalier, salte, syrer og baser udgør ikke nogen stor trussel; modstanden mod termisk chok er god; og så vejer det kun halvt så meget som stål!

Sintring i flydende fase giver fordele i forhold til andre processer, herunder lave forarbejdningstemperaturer og god formbarhed. Desuden gør dens fulde tæthed og overlegne mekaniske egenskaber den velegnet til slibende bearbejdning, slibning og polering samt til skæring, boring, ætsning og fræsning.

Sintret SiC anvendes i vid udstrækning til dele til halvlederproduktionsudstyr, lasere og fusionsreaktorstrukturer på grund af dets enestående kemiske stabilitet, temperaturbestandighed, lave densitet, styrke, slidstyrke og lave aktiveringsenergi. Både reaktionsbundne og direkte sintrede SiC-kvaliteter er tilgængelige; reaktionsbundne kvaliteter giver typisk lavere omkostninger med grovere korn for lavere slag- og varmearbejde, mens direkte sintrede kvaliteter giver overlegen slidstyrke ved forhøjede temperaturer med finere korn, der giver større slidstyrke ved forhøjede temperaturer. Reaction Bonded-kvaliteter med grovere korn og finere kornstørrelser specificeres typisk oftere. For større hårdhed ved arbejdsforhold end højtemperaturanvendelser eller arbejde kræves end Direkte sintrede typer bruges på grund af overlegen slidstyrke ved forhøjede temperaturer mere almindeligt specificeret sammenlignet til brug, henholdsvis på grund af at have overlegen slidstyrke ved forhøjede temperaturer ønskes og hårdhed foretrækkes frem for når specificeret end enten Afvisning kan bruge foretrækkes på grund af at have overlegen slidstyrke/hårdhed ved forhøjet arbejde arbejde mere almindeligt specificeret direkte Sintrede typer når specificeret med direkte sintrede kvaliteter kan have brug for begge muligheder er specificeret og hårdhed leveres oftere brugt så.

Styrke

Siliciumcarbid er et ekstremt stærkt ildfast keramisk materiale med overlegen hårdhed, høj temperaturstyrke og kemisk korrosionsbestandighed - egenskaber, der gør det til et af verdens mest alsidige ildfaste materialer og anvendes i forskellige industrielle applikationer.

Varmpresset sintring er en af de primære produktionsmetoder for SiC-keramik. Denne teknik anvender ekstremt fint siliciumcarbidpulver blandet med sintringsadditiver, der komprimeres ved hjælp af traditionelle keramiske formningsmetoder som isostatisk presning, trykpresning eller injektion for at producere tætte strukturer, der består af bittesmå partikler, der giver styrke.

Trykfri sintring af SiC i flydende fase (LPPSiC) er en anden fortætningsteknik for SiC. Her indføres flydende silicium eller siliciumlegering i et grønt legeme af a-SiC-partikler for at danne b-SiC, som reagerer og binder sig til eksisterende a-SiC-partikler for at fortætte dem og fortætte legemet som helhed.

Reaktionssintret siliciumcarbid har fremragende formbarhed til komplekse former, lave forarbejdningstemperaturer og renhedsniveauer; dets mekaniske egenskaber såsom bøjningsstyrke er lavere end normal sintret siliciumcarbid; for at øge denne egenskab er det nødvendigt at kontrollere resterende Si-størrelser ved at kontrollere partikelstørrelser under 100 nm - denne præstation markerer en stor succes med at forbedre styrken af LSiC-keramik.

Korrosionsbestandighed

Siliciumcarbid har en fremragende korrosionsbestandighed og kan modstå temperaturer på op til 1.900 °C, hvilket gør det velegnet til anvendelser, hvor kemiske og termiske chok kan beskadige komponenter.

Korrosion i keramik opstår som et resultat af dannelsen af et oxidlag på deres overflader, normalt silica eller silikat, afhængigt af faktorer som miljøeksponering, urenheder, sintringshjælpemidler, korngrænsefaser og reaktioner, der opstod kort tid efter. Dette fører til store variationer i korrosionsadfærd for siliciumcarbid- og siliciumnitridmaterialer.

Da de primære bekymringer ved design af materialer til brug i korrosive miljøer er overlevelsesrate (målt som recessionsrate i korrosivt medium) og mekanisk styrke (C-ring eller firepunktsbøjningsstyrke), øger korrosion overfladefejl, som svækker dets styrke over tid og reducerer dets mekaniske levetid.

Sintret siliciumcarbid er et fremragende valg til brug i barske miljøer på grund af dets kombination af høj styrke og slidstyrke, lav specifik massefylde og fremragende tribologiske egenskaber. Det bruges ofte i komponenter, der skal kunne modstå stødbelastninger fra tunge laster som f.eks. blæsedyser eller lejer til glidelejer; desuden bruges det i vid udstrækning i kulfiberforstærkede siliciumcarbidbremser eller produktion af skudsikkert panser, da det er modstandsdygtigt over for høje belastninger og temperaturer.

Holdbarhed

Sintret siliciumcarbid er et ekstremt hårdt keramisk materiale med overlegen slidstyrke og korrosionsbeskyttende egenskaber, hvilket gør det til et fremragende slibemateriale. Det findes i slibeskiver, honer til honingprocesser, sandblæsere og vandstråleskærere til slibning eller honing samt til vandstråleskæring.

Materialets kemiske resistens gør, at det kan modstå langvarig eksponering for almindelige uorganiske syrer, salte og baser uden at blive nedbrudt. Desuden øges dets holdbarhed gennem tætpakkede kovalente bindinger dannet af 4 silicium- og 4 kulstofatomer i dets dannelse af tetraedriske koordinationer.

Sintret SiC skabes ved at presse og sintre (opvarme) silicapulverpartikler sammen. Sintring gør det muligt for disse individuelle partikler at smelte sammen til et solidt stykke med høj hårdhed og styrke, der også er modstandsdygtigt over for oxidation og korrosion; desuden har det større holdbarhed end de fleste typer keramik.

Reaktionsbundet siliciumcarbid, der fremstilles ved at infiltrere flydende silicium i porøse grafit- eller kulstofpræforme, har lavere styrke end sintret siliciumcarbid, men er mere velegnet på grund af lave forarbejdningstemperaturer, god formbarhed og større renhed. Kommerciel reaktionssintret siliciumcarbid har en bøjningsstyrke ved stuetemperatur på omkring 300 MPa.

Reaktionssintret siliciumcarbid med bor- eller kulstofsintringshjælpemidler har ekstremt høj kryberesistens, opnået gennem ændringer af korngrænseenergier og overfladeenergier samt stigende volumendiffusionshastigheder for at fremme fortætning og densifikation. Dette gør det muligt for kornene at forblive i direkte krystallinsk kontakt uden at danne andenfasestrukturer ved korngrænserne.