Sintret siliciumcarbid

Siliciumcarbid er et uerstatteligt strukturelt keramisk materiale på grund af dets enestående styrke ved høje temperaturer og modstandsdygtighed over for oxidation, hvilket gør det uundværligt inden for mekanisk produktion, rumfartsteknologi og informationselektronik.

Reaktionssintring giver lave temperaturer og korte sintringstider, samtidig med at der produceres former i næsten nettostørrelse, men er begrænset af ujævn densitetsfordeling, revnedannelse i sintrede produkter og utilstrækkelig siliciumindtrængning under sintringsprocesser.

Styrke ved høje temperaturer

Siliciumcarbid er et ekstremt hårdt og sejt keramisk materiale, der er kendt for sin overlegne styrke ved høje temperaturer, slidstyrke og modstandsdygtighed over for kemisk oxidation. På grund af disse egenskaber anvendes siliciumcarbid i mange industrielle sammenhænge, herunder atomkraftværker, ovne, jetmotorer, raketdyser og papirfremstilling.

En måde at forbedre de mekaniske egenskaber ved sintret siliciumcarbid ved høje temperaturer er ved at tilsætte additiver som aluminium, bor og kulstof (SiC-ABC), der forbedrer kryberesistens. Disse tilsætningsstoffer ændrer korngrænseenergier og overfladeenergier, samtidig med at de øger volumendiffusionshastigheden og modvirker glasdannelse ved korngrænserne.

En anden måde at øge de mekaniske egenskaber på er med trykløs sintring, som indebærer sintring af SiC-pulverkompakter uden eksternt tryk. Fordelen ved denne metode er, at den eliminerer densitetsvariationer forårsaget af traditionelle varmpressede sintringsmetoder, der resulterer i betydelige dimensionsændringer og reduceret produktkvalitet - den skaber også densiteter tættere på teoretiske værdier end nogensinde før.

Modstandsdygtighed over for korrosion ved høje temperaturer

Siliciumcarbid udviser fremragende kemisk korrosionsbestandighed i en lang række miljøer op til 1700 grader, såsom tør ilt, varme gasformige dampe og flydende salte og metaller samt smeltede salte og kulaskeslagger.

Sintret siliciumcarbid giver fremragende korrosionsbestandighed på grund af dets struktur og overfladekvalitet. Dette materiale har en stærk modstandsdygtighed over for erosion (glidning), mekanisk styrke, termisk chok og slid.

Det højtemperatursintrede siliciumcarbidmateriale XICAR (ofte omtalt som Hexoloy SE-alternativ) har vist sig at være meget modstandsdygtigt over for kemisk korrosion i sure miljøer som koncentreret HCl og HNO3, hvor prøver behandlet med Y2O3 har højere modstandsdygtighed end dem, der bruger MgO-sintringshjælp.

Reaktionsbundet sintret siliciumcarbid, ofte kaldet selvbindende siliciumcarbid, fremstilles ved at lade et kulstofholdigt porøst keramisk legeme reagere med flydende silicium. Denne blanding infiltrerer det keramiske legeme, reagerer med grafit for at danne b-SiC og kombineres derefter med eksisterende a-SiC-partikler for at danne reaktionssintret siliciumcarbid med fuld densitet med forskellige former, der er tilgængelige gennem denne proces.

Høj styrke

Siliciumcarbid er et af de stærkeste keramiske materialer. Med sin overlegne styrke ved høje temperaturer og modstandsdygtighed over for oxidation er siliciumcarbid et fremragende materialevalg til brug i mange industrielle applikationer.

Siliciumcarbidkeramik kan typisk fremstilles ved hjælp af enten trykløs sintring eller reaktionsbinding, og Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories tilbyder begge typer til en lang række slutanvendelser.

Trykløst sintret siliciumcarbid fremstilles ved at kombinere finpartikulært SiC-pulver med ikke-oxidiske sintringshjælpemidler og sintre det ved temperaturer på over 2000 °C i en inaktiv atmosfære, hvilket giver et materiale med høj densitet og overlegen oxidationsmodstand, korrosionsmodstand og mekaniske egenskaber.

Reaktionssintring er en ny proces til fremstilling af siliciumcarbid (SiC)-keramik, der giver fordele som tætte strukturer, lavere forarbejdningstemperaturer, formbarhed, lave omkostninger og højere renhed. Desværre er dens bøjningsstyrke dog langt under standard sintret SiC på grund af reststørrelser af kulstof (Si) i mikrostrukturen.

Høj hårdhed

Sintret siliciumcarbidkeramik er blandt de hårdeste og stærkeste keramiske materialer, samtidig med at det forbliver stærkt ved ekstremt høje temperaturer - hvilket gør det til et fremragende valg til applikationer, hvor modstandsdygtighed over for høje temperaturer er afgørende.

SSIC udviser næsten konstant styrke over et bredt temperaturområde og bevarer sin sejhed selv under stærkt tryk, hvilket gør det til et meget populært materialevalg til højtydende pumpekomponenter og andre vigtige udstyrsdele.

SSIC'er fremstilles ved hjælp af konventionelle keramiske formningsteknikker. Efter at være blevet formet til den ønskede form, sintres SSIC'erne under høj temperatur og tryk i en inert gasatmosfære.

Sintring kan opdeles i to forskellige faser, fastfasesintring og væskefasesintring. Sintring i fast fase kræver tilsætning af C og B som sintringshjælpemidler for at mindske korngrænseenergien i SiC-keramik, mens væskefasen bruger et eller flere elementers eutektiske oxider (såsom Y2O3) som et middel, der skaber en elektrolytisk fase med bevægelse, diffusion og masseoverførsel mellem silica-partikler for at fortætte materialets tæthed.