Gesintertes Siliziumkarbid

Siliziumkarbid ist einer der härtesten keramischen Werkstoffe und zeichnet sich durch eine extrem hohe Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit aus. Außerdem ist es aufgrund seiner Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit für Hochtemperaturumgebungen geeignet.

Reaktionsgebundenes SiC hat grobe Körner und eine geringe Korrosionsbeständigkeit, während direkt gesintertes SiC dichter ist und eine bessere Hochtemperaturleistung bietet. Beim drucklosen Sintern wird sehr feines SiC-Pulver mit nichtoxidischen Sinterzusätzen verwendet, um ein dichtes Material mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften herzustellen.

Härte

Siliziumkarbid ist eines der härtesten gängigen Schleifmaterialien und hat auf der Mohs'schen Härteskala einen Wert von 9,5 - nahe dem Wert von Diamant von 10. Diese Härte verleiht ihm eine hervorragende Verschleißfestigkeit auch bei hohen Temperaturen; Chemikalien, Salze, Säuren und Laugen stellen keine große Bedrohung dar; die Temperaturwechselbeständigkeit ist gut; außerdem ist sein Gewicht halb so hoch wie das von Stahl!

Das Flüssigphasensintern bietet Vorteile gegenüber anderen Verfahren, darunter niedrige Verarbeitungstemperaturen und gute Formbarkeit. Darüber hinaus eignet sich das Material aufgrund seiner vollen Dichte und seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften für die abrasive Bearbeitung, das Schleifen und Polieren sowie für Schneid-, Bohr-, Ätz- und Fräsanwendungen.

Gesintertes SiC wird aufgrund seiner außergewöhnlichen chemischen Stabilität, Temperaturbeständigkeit, geringen Dichte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit und niedrigen Aktivierungsenergie häufig für Teile von Halbleiterproduktionsanlagen, Laser und Fusionsreaktorstrukturen verwendet. Es sind sowohl reaktionsgebundene als auch direkt gesinterte SiC-Sorten erhältlich; reaktionsgebundene Sorten bieten in der Regel niedrigere Kosten und eine gröbere Körnung für eine geringere Schlag- und Wärmebelastung, während direkt gesinterte Sorten eine bessere Verschleißfestigkeit bei höheren Temperaturen und eine feinere Körnung aufweisen, die eine höhere Verschleißfestigkeit bei höheren Temperaturen bietet. Reaktionsgebundene Sorten mit gröberen Körnern werden in der Regel häufiger verwendet. Für eine größere Härte bei Arbeitsbedingungen als bei Hochtemperaturanwendungen oder bei Arbeiten, die als direkt gesinterte Typen verwendet werden, da eine höhere Verschleißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen häufiger spezifiziert wird, bzw. da eine höhere Verschleißfestigkeit bei erhöhten Temperaturen erwünscht ist und die Härte bevorzugt wird, wenn sie als eine der beiden Ablehnungsarten spezifiziert wird, werden sie bevorzugt, da eine höhere Verschleißfestigkeit/Härte bei erhöhten Arbeiten häufiger direkt spezifiziert wird Gesinterte Typen, wenn sie mit direkt gesinterten Sorten spezifiziert werden, müssen möglicherweise beide Optionen spezifiziert werden und die Härte wird häufiger verwendet.

Stärke

Siliziumkarbid ist ein extrem widerstandsfähiges feuerfestes keramisches Material, das sich durch eine überragende Härte, hohe Temperaturbeständigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit auszeichnet - Eigenschaften, die es zu einem der vielseitigsten feuerfesten Materialien der Welt machen und in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt werden.

Das Heißpresssintern ist eine der wichtigsten Produktionsmethoden für SiC-Keramik. Bei dieser Technik wird extrem feines Siliziumkarbidpulver mit Sinteradditiven gemischt, das mit herkömmlichen keramischen Formgebungsverfahren wie isostatischem Pressen, Gesenkpressen oder Spritzguss verdichtet wird, um dichte Strukturen aus winzigen Partikeln zu erzeugen, die für Festigkeit sorgen.

Das drucklose Flüssigphasensintern von SiC (LPPSiC) ist eine weitere Verdichtungstechnik für SiC. Hier wird flüssiges Silizium oder eine Siliziumlegierung in einen grünen Körper aus a-SiC-Teilchen eingebracht, um b-SiC zu bilden, das mit den vorhandenen a-SiC-Teilchen reagiert und sich mit ihnen verbindet, um sie zu verdichten und den Körper als Ganzes zu verdichten.

Reaktionsgesintertes Siliciumcarbid verfügt über eine ausgezeichnete Formbarkeit für komplexe Formen, niedrige Verarbeitungstemperaturen und Reinheitsgrade; seine mechanischen Eigenschaften, wie z. B. die Biegefestigkeit, sind geringer als bei normalem gesintertem Siliciumcarbid; um diese Eigenschaft zu verbessern, ist es notwendig, die Si-Restgröße zu kontrollieren, indem die Partikelgröße unter 100 nm gesteuert wird - diese Errungenschaft stellt einen großen Erfolg bei der Verbesserung der Festigkeit von LSiC-Keramik dar.

Korrosionsbeständigkeit

Siliziumkarbid zeichnet sich durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aus und kann Temperaturen von bis zu 1.900 Grad Celsius standhalten, so dass es sich für Anwendungen eignet, bei denen chemische und thermische Schocks Bauteile beschädigen können.

Korrosion in Keramiken entsteht durch die Bildung einer Oxidschicht auf ihrer Oberfläche, in der Regel Siliziumdioxid oder Silikat, abhängig von Faktoren wie Umwelteinflüssen, Verunreinigungen, Sinterhilfsmitteln, Korngrenzenphasen und kurz darauf erfolgenden Reaktionen. Dies führt zu großen Unterschieden im Korrosionsverhalten von Siliciumcarbid- und Siliciumnitridwerkstoffen.

Da bei der Entwicklung von Werkstoffen für den Einsatz in korrosiven Umgebungen in erster Linie die Überlebensrate (gemessen als Rezessionsrate im korrosiven Medium) und die mechanische Festigkeit (C-Ring- oder Vier-Punkt-Biegefestigkeit) im Vordergrund stehen, erhöht die Korrosion die Oberflächenfehler, die die Festigkeit mit der Zeit schwächen und die mechanische Lebensdauer verringern.

Gesintertes Siliciumcarbid eignet sich aufgrund seiner hohen Festigkeit und Verschleißfestigkeit, seiner geringen spezifischen Dichte und seiner hervorragenden tribologischen Eigenschaften hervorragend für den Einsatz in rauen Umgebungen. Es wird häufig in Bauteilen verwendet, die Stoßbelastungen durch schwere Lasten standhalten müssen, wie z. B. Strahldüsen oder Lager für Gleitlager; außerdem wird es häufig in kohlenstofffaserverstärkten Siliziumkarbidbremsen oder bei der Herstellung kugelsicherer Panzerungen eingesetzt, da es hohen Belastungen und Temperaturen standhält.

Dauerhaftigkeit

Gesintertes Siliciumcarbid ist ein extrem hartes keramisches Material mit hervorragender Verschleißfestigkeit und Korrosionsschutzeigenschaften, was es zu einem hervorragenden Schleifmittel macht. Es findet sich in Schleifscheiben, Hongeräten für Honprozesse, Sandstrahlgeräten und Wasserstrahlschneidern für Schleif- oder Honanwendungen sowie für Wasserstrahlschneidverfahren.

Die chemische Beständigkeit dieses Materials ermöglicht es, längere Zeit anorganischen Säuren, Salzen und Laugen zu widerstehen, ohne dass es zu einem Abbau kommt. Darüber hinaus wird seine Haltbarkeit durch dicht gepackte kovalente Bindungen erhöht, die aus 4 Silizium- und 4 Kohlenstoffatomen in tetraedrischen Koordinaten gebildet werden.

Gesintertes SiC entsteht durch das Zusammenpressen und Sintern (Erhitzen) von Siliziumdioxid-Pulverteilchen. Durch das Sintern verschmelzen diese einzelnen Partikel zu einem festen Stück mit hoher Härte und Festigkeit, das zudem oxidations- und korrosionsbeständig ist; außerdem ist es haltbarer als die meisten Keramikarten.

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid, das durch Infiltration von flüssigem Silicium in poröse Graphit- oder Kohlenstoffvorformlinge hergestellt wird, bietet eine geringere Festigkeit als gesintertes Siliciumcarbid, ist aber aufgrund der niedrigen Verarbeitungstemperaturen, der guten Formbarkeit und der größeren Reinheit besser geeignet. Handelsübliches reaktionsgesintertes Siliciumcarbid hat bei Raumtemperatur eine Biegefestigkeit von etwa 300 MPa.

Reaktionsgesintertes Siliciumcarbid mit Bor- oder Kohlenstoffsinterhilfsmitteln weist eine extrem hohe Kriechfestigkeit auf, die durch Modifikationen der Korngrenzenenergien und Oberflächenenergien sowie durch Erhöhung der Volumendiffusionsraten zur Förderung der Verdichtung und Verdichtung erreicht wird. Dadurch können die Körner in direktem kristallinen Kontakt bleiben, ohne dass sich an den Korngrenzen Strukturen der zweiten Phase bilden.