Reaktiosidottu piikarbidi

Reaktiosidottu piikarbidi (RBSC) on poikkeuksellisen kova ja luja keraaminen materiaali, jolla on erinomainen mekaaninen lujuus, iskunkestävyys, kemiallinen stabiilisuus ja muovattavuus, joten se soveltuu erilaisiin sovelluksiin.

RB-SiC:n kovuus on alhaisempi kuin sintratun piikarbidin, mutta se on helpompi ja edullisempi valmistaa, ja sillä on erinomaiset lämpöshokin kestävyysominaisuudet.

Fysikaaliset ominaisuudet

RMI-prosessissa a-SiC-hiukkasia sisällytetään huokoiseen hiilen aihiomuottiin (G0), minkä jälkeen ne infiltroidaan nestemäisellä piillä reaktiosidonnaisen piikarbidin aikaansaamiseksi. Valitettavasti nestemäinen pii voi kuitenkin aiheuttaa huokosten tukkeutumisen infiltraatioprosessin vuoksi, ja siksi tässä tutkimuksessa käytettiin monifaasihiiltä vastalääkkeenä tätä ongelmaa vastaan ja RB-SiC:n mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi.

Monifaasihiili koostui hienosta amorfisesta hiilimustasta ja karkeasta mikropallomaisesta hiilestä. Nestemäisellä piillä infiltroituna mikropallomainen hiili kuluu, kun taas amorfinen hiili voi poistua huokosista estääkseen huokosten täyttymisreaktioiden tukkeutumisen - näin ollen näytteissä P10F90, P20F80 ja P30F70 ei ollut tyypillistä piikkiä, mikä viittaa siihen, että monifaasihiili auttoi välttämään tämän ongelman ja paransi taivutuslujuutta infiltraatiolämpötilan ja liotusaikojen kasvaessa.

Mekaaniset ominaisuudet

RB-piikarbidia valmistetaan suodattamalla sulaa piitä huokoiseen hiili- tai grafiittiesimuottiin, jossa se reagoi hiilen kanssa muodostaen SiC:tä ja luo erinomaisen kulutusta, iskuja ja kemikaaleja kestävän keraamisen materiaalin, jota on saatavana eri muotoisina ja kokoisina yksinkertaisista kartio- ja holkkimuodoista suurempiin suunniteltuihin osiin kaivos- tai prosessiteollisuutta varten.

Komposiittiprekursorin koostumus, erityisesti sen PF:n ja FA:n suhde, vaikuttaa hiilen ja nestemäisen piin väliseen reaktionopeuteen korkean lämpötilan pyrolyysin aikana. Monifaasinen hiili tehostaa nestemäisen piin tunkeutumista huokoisten aihioiden huokosten läpi; porrastetut hiililähteet auttavat hallitsemaan sekä b-SiC:n että vapaan piin pitoisuuksia.

RB-piikarbidin taivutuslujuutta ja kimmomoduulia voidaan lisätä huomattavasti hiililähteen huolellisella lajittelulla, koska poistetaan sileät mustat ja valkoiset lohkorakeiset pinnat, jotka aiheuttavat rakeiden välistä murtumista taivutuksen aikana.

Lämpöominaisuudet

Reaktiosidottujen piikarbidikeramiikkojen lämpöominaisuudet riippuvat sidoksen tyypistä ja osuudesta. Reaktiosidottu piikarbidi (RBSC), johon on imeytetty metallisia piihiukkasia ja joka on imeytetty hiili- tai grafiittiesimuottiin, jotka eivät kutistu tämän prosessin aikana; näin voidaan valmistaa osia, joilla on erittäin tarkat mitat.

Sen jälkeen kun se on infiltroitu RBSC:llä, se nitroidaan korkeissa lämpötiloissa korkeissa lämpötiloissa. Tällöin metallinen pii muuttuu SiC-nitridiksi ja jäljellä olevat huokostilat täytetään piikarbidiverkostomateriaalilla. XRD osoittaa, että tämä muoto sisältää timanttia, a-SiC:tä, b-SiC:tä, Si:tä ja SiO2:ta, kun taas SEM-kuvauksessa näkyy grafiittikerroksia sekä amorfista hiiltä.

Grafiittikerroksen vuoksi RBSC:llä on pienemmät k-arvot kuin sintratulla SiC:llä, mutta se päihittää NSIC:n arvot. Lisäksi se päihitti merkittävästi SiO2-pohjaiset keraamiset korroosionkestävyyden, korkeiden lämpötilojen kestävyyden, lämpöshokkikestävyyden ja lämpöshokkien absorptiokyvyn osalta.

Sähköiset ominaisuudet

Reaktiosidottu piikarbidi tarjoaa erinomaiset sähköiset ominaisuudet, kuten alhaisen ominaisvastuksen ja korkean lämmönjohtavuuden. Nämä ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen materiaalivalinnan sähkölämmityselementteihin. Lisäksi sen kemiallinen inerttiys ja hapettumiskestävyys tekevät siitä sopivan uunien termopareihin, polttimien kärjiin, ristikiviin ja muhveihin uuneissa; sen ylivoimainen lämpöshokkien kestävyys tekee siitä myös sopivan uunien kalusteeksi.

Reaktiosidottu piikarbidi voidaan luoda sekoittamalla hienojakoisia intiimejä pii- ja hiiliseoksia pehmittimen kanssa, muotoilemalla ja polttamalla pehmitin pois ennen kuin se infiltroidaan nestemäisellä tai kaasumaisella piillä. Tämän reaktion ansiosta pii sitoutuu hiileen tuottaen lisää piikarbidia, joka sitten reagoi alkuperäisen piikarbidin kanssa muodostaen komposiitin, joka koostuu a-SiC:stä, b-SiC:stä ja jäännös-Si:stä.

Infiltraation aikana väitetään, että reaktion aikana muodostuneet a-SiC-rakeet ja b-SiC ovat tasaisesti jakautuneet huokoiseen muottiin ilman kokkaroitumista, mikä johtuu todennäköisesti siitä, etteivät vastaperustetut b-SiC-hiukkaset tukkineet kapillaarikanavia.