Sinteritud ränikarbiid

Ränikarbiid on asendamatu struktuurikeraamiline materjal tänu oma erakordselt kõrgele temperatuuritaluvusele ja oksüdatsioonikindlusele, mis muudab selle asendamatuks mehaanilise tootmise, lennundustehnika ja infoelektroonika valdkonnas.

Reaktsioonis paagutamine pakub madalat temperatuuri ja lühikest paagutusaega, tootes samas peaaegu netomõõdulisi kujundeid, kuid seda piiravad ebaühtlane tihedusjaotus, paagutatud toodete pragunemine ja ebapiisav räni tungimine paagutamise käigus.

Kõrge temperatuuri tugevus

Ränikarbiid on äärmiselt kõva ja sitke keraamiline materjal, mis on tuntud oma suurepärase kõrgtemperatuurilise tugevuse, kulumiskindluse ja keemilise oksüdatsioonikindluse poolest. Nende omaduste tõttu kasutatakse ränikarbiidi paljudes tööstuslikes rakendustes, sealhulgas tuumaelektrijaamades, ahjudes, reaktiivmootorites, raketiotsikutes ja paberitööstuses.

Üks võimalus paagutatud ränikarbiidi mehaaniliste omaduste parandamiseks kõrgel temperatuuril on alumiiniumi, boori ja süsiniku (SiC-ABC) lisandite lisamine, mis suurendavad roomakindlust. Need lisandid muudavad terapiiride energiaid ja pindenergiaid, suurendades samal ajal mahudifusiooni kiirust ja vähendades klaasistumist terapiiridel.

Teine võimalus mehaaniliste omaduste suurendamiseks on surveta paagutamine, mis hõlmab SiC-pulbri tihendite paagutamist ilma välise rõhu rakendamiseta. Selle meetodi eelis seisneb selles, et sellega kõrvaldatakse traditsiooniliste kuumpresssintreerimismeetodite põhjustatud tiheduse kõikumised, mis põhjustavad märkimisväärseid mõõtmete muutusi ja vähendavad toote kvaliteeti - samuti saavutatakse tihedused, mis on teoreetilistele väärtustele lähemal kui kunagi varem.

Kõrge temperatuuri korrosioonikindlus

Ränikarbiidil on suurepärane keemiline korrosioonikindlus mitmesugustes keskkondades kuni 1700 °C, näiteks kuiva hapniku, kuumade gaasiliste aurude, vedelate soolade ja metallide, aga ka sulasoolade ja söetuhkrakkide suhtes.

Sinteritud ränikarbiid pakub tänu oma struktuurile ja pinna kvaliteedile suurepärast korrosioonikindlust. Sellel materjalil on tugev vastupidavus erosiooni (libisemise), mehaanilise tugevuse, termilise šoki ja kulumise suhtes.

Kõrge temperatuuriga paagutatud ränikarbiidist materjal XICAR (mida tavaliselt nimetatakse Hexoloy SE alternatiiviks) on osutunud väga vastupidavaks keemilisele korrosioonile happelistes keskkondades, nagu kontsentreeritud HCl ja HNO3, kusjuures Y2O3-ga töödeldud proovid on vastupidavamad kui MgO paagutusabiga töödeldud proovid.

Reaktsiooniga seotud paagutatud ränikarbiid, mida tavaliselt nimetatakse isekleepuvaks ränikarbiidiks, toodetakse süsinikku sisaldava poorse keraamilise keha reageerimisel vedela räniga. See segu imbub keraamilisse kehasse, reageerib grafiidiga, et moodustada b-SiC ja seejärel ühendub olemasolevate a-SiC osakestega, et moodustada selle protsessi kaudu erineva kujuga reaktsiooniga paagutatud ränikarbiidi täistihedusega.

Kõrge tugevus

Ränikarbiid on üks tugevamaid keraamilisi materjale. Ränikarbiid on suurepärase kõrge temperatuuri ja oksüdatsioonikindlusega materjalivalik, mida saab kasutada paljudes tööstuslikes rakendustes.

Ränikarbiidkeraamikat saab tavaliselt valmistada kas surveta paagutamise või reaktsiooniga seotud tootmisprotsesside abil ning Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories pakub mõlemat tüüpi tooteid mitmesuguste lõppkasutusotstarvete jaoks.

Surveta paagutatud ränikarbiidi toodetakse, ühendades peenosakeste SiC-pulbrit mitte-oksiidiliste paagutusvahenditega ja paagutades seda temperatuuril üle 2000degC inertses atmosfääris, tekitades suure tihedusega materjali, millel on suurepärane oksüdatsioonikindlus, korrosioonikindlus ja mehaanilised omadused.

Reaktsioonisintreerimine on uus protsess ränikarbiidkeraamika (SiC) tootmiseks, mis pakub selliseid eeliseid nagu tihedad struktuurid, madalamad töötlemistemperatuurid, vormimissuutlikkus, madalad kulud ja suurem puhtus. Kahjuks jääb aga selle paindetugevus mikrostruktuuris oleva süsiniku (Si) jääksisalduse tõttu tunduvalt alla standardse paagutatud SiC-le.

Kõrge vastupidavus

Sinteritud ränikarbiidkeraamika kuulub kõige kõvemate ja tugevamate keraamiliste materjalide hulka, jäädes samal ajal tugevaks ka väga kõrgetel temperatuuridel - see teeb sellest suurepärase valiku rakenduste jaoks, kus kõrge temperatuurikindlus on võtmetähtsusega.

SSIC-l on peaaegu konstantne tugevus laias temperatuurivahemikus ja see säilitab oma sitkuse isegi tugeva surve all, mistõttu on see väga populaarne materjalivalik kõrgtehnoloogiliste pumbaosade ja muude oluliste seadmete osade jaoks.

SSIC-elemente toodetakse tavalise keraamilise vormimise tehnikaga. Pärast soovitud kujule vormimist paagutatakse SSIC-keraamika kõrge temperatuuri ja rõhu all inertses gaasikihis.

Paagutamise võib jagada kaheks eri faasiks, tahkefaasiliseks ja vedelfaasiliseks paagutamiseks. Tahkefaasiline paagutamine nõuab C ja B lisamist paagutamisvahenditena, et vähendada SiC-keraamika terapiiride energiat, samas kui vedel faas kasutab ühe või mitme elemendi eutektilisi oksiide (näiteks Y2O3) ainetena, luues elektrolüütilise faasi, milles ränidioksiidi osakeste vaheline liikumine, difusioon ja massiülekanne tihendab materjali tihedust.