Sintrattu piikarbidi

Piikarbidi on yksi kovimmista keraamisista materiaaleista, jolla on erittäin suuri lujuus ja lämmönjohtavuus. Lisäksi sen hapettumis- ja korroosionkestävyys tekee siitä sopivan korkean lämpötilan ympäristöihin.

Reaktiosidotulla SiC:llä on karkeat rakeet ja heikko korroosionkestävyys, kun taas suoraan sintrattu SiC on tiheämpää ja sen suorituskyky korkeissa lämpötiloissa on parempi. Paineettomassa sintrauksessa käytetään erittäin hienoa SiC-jauhetta, jossa on oksidittomia sintrauslisäaineita, ja näin saadaan tiheää materiaalia, jolla on erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet.

Kovuus

Piikarbidi on yksi kovimmista tavallisista hiomateriaaleista, sillä se on Mohsin kovuusasteikolla 9,5, mikä on lähellä timantin luokkaa 10. Tämä kovuus takaa sille erinomaisen kulutuskestävyyden jopa korkeissa lämpötiloissa; kemikaalit, suolat, hapot ja emäkset eivät aiheuta suurta uhkaa; lämpöshokkien kestävyys on hyvä; lisäksi sen paino on puolet teräksen painosta!

Nestemäisen faasin sintraus tarjoaa muihin prosesseihin verrattuna etuja, kuten alhaiset käsittelylämpötilat ja hyvän muokattavuuden. Lisäksi sen täysi tiheys ja erinomaiset mekaaniset ominaisuudet tekevät siitä sopivan hiovaan työstöön, hiontaan ja kiillotukseen sekä leikkaus-, poraus-, syövytys- ja jyrsintäsovelluksiin.

Sintrattua SiC:tä käytetään laajalti puolijohdetuotantolaitteiden osissa, lasereissa ja fuusioreaktorin rakenteellisissa sovelluksissa, koska se on poikkeuksellisen kemiallista stabiilisuutta, lämpötilakestävyyttä, pientä tiheyttä, lujuutta, kulutuskestävyyttä ja pientä aktivoitumisenergiaa. Saatavilla on sekä reaktiosidottua että suoraan sintrattua SiC:tä; reaktiosidotut laadut ovat yleensä edullisempia, ja niiden karkeampi rakeisuus pienentää isku- ja lämpövaikutusta, kun taas suoraan sintratut laadut tarjoavat paremman kulutuskestävyyden korkeissa lämpötiloissa, ja niiden hienompi rakeisuus lisää kulutuskestävyyttä korkeissa lämpötiloissa. Reaction Bonded -laadut, joilla on karkeampi rakeisuus hienompia raekokoja, ovat tyypillisesti määriteltyjä useammin käytettyjä. Jos kovuus on suurempi työolosuhteissa kuin korkeissa lämpötiloissa sovelluksissa tai vaadittavassa työssä kuin Suoraan sintrattuja tyyppejä käytetään, koska parempi kulutuskestävyys korkeissa lämpötiloissa yleisemmin määritetty käyttöön verrattuna, vastaavasti koska parempi kulutuskestävyys korkeissa lämpötiloissa halutaan ja kovuus on parempi kuin jos määritetty kuin jompaa kumpaa Hylkäys saattaa käyttää, koska parempi kulutuskestävyys/kovuus korkeissa lämpötiloissa työssä yleisemmin määritetty suoraan Sintrattuja tyyppejä, kun ne määritetään suorien sintrattujen laatujen kanssa, voi olla tarpeen molempia vaihtoehtoja määritetään ja kovuus tarjotaan useammin käytetty niin.

Vahvuus

Piikarbidi on erittäin luja tulenkestävä keraaminen materiaali, jolla on erinomainen kovuus, korkea lämpötilalujuus ja kemiallinen korroosionkestävyys - ominaisuudet, jotka tekevät siitä yhden maailman monipuolisimmista tulenkestävistä materiaaleista, ja sitä hyödynnetään erilaisissa teollisissa sovelluksissa.

Kuumapuristussintraus on yksi SiC-keramiikan ensisijaisista tuotantomenetelmistä. Tässä tekniikassa käytetään erittäin hienoa piikarbidijauhetta, johon on sekoitettu sintrauslisäaineita ja joka tiivistetään perinteisillä keraamisilla muokkausmenetelmillä, kuten isostaattisella puristimella, muotopuristimella tai ruiskupuristimella, jotta saadaan aikaan tiiviitä rakenteita, jotka koostuvat lujuutta antavista pienistä hiukkasista.

SiC:n nestemäisen faasin paineeton sintraus (LPPSiC) on toinen SiC:n tiivistämistekniikka. Siinä nestemäinen pii tai piiseos syötetään vihreään a-SiC-hiukkasista koostuvaan kappaleeseen muodostaen b-SiC:tä, joka reagoi olemassa olevien a-SiC-hiukkasten kanssa ja sitoutuu niihin tiivistääkseen ne ja tiivistääkseen koko kappaleen.

Reaktiosintratulla piikarbidilla on erinomainen muokkauskyky monimutkaisten muotojen, matalien käsittelylämpötilojen ja puhtausasteiden osalta; sen mekaaniset ominaisuudet, kuten taivutuslujuus, ovat alhaisemmat kuin tavallisella sintratulla piikarbidilla; tämän ominaisuuden lisäämiseksi on tarpeen hallita jäännös-Si-kokoja kontrolloimalla hiukkaskokoja alle 100 nm:n - tämä saavutus merkitsee suurta menestystä LSiC-keramiikan lujuuden parantamisessa.

Korroosionkestävyys

Piikarbidilla on erinomainen korroosionkestävyys, ja se kestää jopa 1 900 celsiusasteen lämpötiloja, joten se soveltuu sovelluksiin, joissa kemialliset ja lämpöshokit voivat vahingoittaa komponentteja.

Korroosio keraamisissa aineissa syntyy oksidikerroksen muodostuessa niiden pinnoille, yleensä piidioksidista tai silikaatista, riippuen sellaisista tekijöistä kuin ympäristöaltistus, epäpuhtaudet, sintrauksen apuaineet, raerajavaiheet ja pian sen jälkeen tapahtuneet reaktiot. Tämä johtaa siihen, että piikarbidi- ja piinitridimateriaalien korroosiokäyttäytyminen vaihtelee suuresti.

Kun materiaaleja suunnitellaan käytettäviksi korroosiota aiheuttavissa ympäristöissä, ensisijaisia huolenaiheita ovat selviytymisnopeus (mitattuna taittumisnopeutena korroosiomaisessa väliaineessa) ja mekaaninen lujuus (C-rengas tai nelipistetaivutuslujuus), korroosio lisää pintavikoja, jotka heikentävät lujuutta ajan myötä ja lyhentävät materiaalin mekaanista käyttöikää.

Sintrattu piikarbidi on erinomainen valinta käytettäväksi vaativissa ympäristöissä, koska siinä yhdistyvät korkea lujuus ja kulutuskestävyys, alhainen ominaistiheys ja erinomaiset tribologiset ominaisuudet. Sitä käytetään usein komponenteissa, joiden on kestettävä raskaiden kuormien aiheuttamia iskukuormituksia, kuten räjäytyssuuttimissa tai liukulaakereiden laakereissa; lisäksi sitä käytetään laajalti hiilikuituvahvisteisissa piikarbidijarruissa tai luodinkestävien panssareiden valmistuksessa, koska se kestää korkeita rasituksia ja lämpötiloja.

Kestävyys

Sintrattu piikarbidi on erittäin kova keraaminen materiaali, jolla on erinomaiset kulutuskestävyys- ja korroosiosuojaominaisuudet, mikä tekee siitä erinomaisen hiomamateriaalin. Sitä käytetään hiomalaikoissa, hoonausprosesseissa, hiekkapuhaltimissa ja vesisuihkuleikkureissa hionta- tai hoonaussovelluksissa sekä vesisuihkuleikkausprosesseissa.

Tämän materiaalin kemiallisen kestävyyden ansiosta se kestää pitkäaikaista altistumista tavallisille epäorgaanisille hapoille, suoloille ja emäksille ilman, että se hajoaa. Lisäksi sen kestävyyttä lisäävät tiiviit kovalenttiset sidokset, jotka muodostuvat neljästä pii- ja neljästä hiiliatomista muodostettaessa tetraedrisiä koordinaatioita.

Sintrattu SiC syntyy puristamalla ja sintraamalla (kuumentamalla) piidioksidipulverihiukkasia yhteen. Sintrauksen ansiosta nämä yksittäiset hiukkaset sulautuvat yhteen kiinteäksi kappaleeksi, jolla on suuri kovuus ja lujuus ja joka kestää myös hapettumista ja korroosiota. Lisäksi se on kestävämpää kuin useimmat keramiikkatyypit.

Reaktiosidottu piikarbidi, joka valmistetaan infiltroimalla nestemäistä piitä huokoisiin grafiitti- tai hiiliformuihin, on lujuudeltaan alhaisempi kuin sintrattu piikarbidi, mutta se soveltuu paremmin matalien käsittelylämpötilojen, hyvän muotoiltavuuden ja suuremman puhtauden ansiosta. Kaupallisen reaktiosintratun piikarbidin taivutuslujuus huoneenlämpötilassa on noin 300 MPa.

Reaktiosintratulla piikarbidilla, jossa on boorin tai hiilen sintrauksen apuaineita, on erittäin korkea virumiskestävyys, joka saavutetaan muuttamalla raerajojen energioita ja pintaenergioita sekä lisäämällä tilavuusdiffuusionopeuksia tiivistymisen ja tiivistymisen edistämiseksi. Tämä mahdollistaa sen, että jyvät pysyvät suorassa kiteisessä kosketuksessa ilman, että raerajoille muodostuu toisen faasin rakenteita.