Reaktiivisesti sidottu SiC – Optimaalinen suorituskyky äärimmäisissä olosuhteissa

Reaktiosidottu SiC (RBSC) on tiheä keraaminen materiaali, joka koostuu piikarbidista ja hiilipartikkeleista. Polttaminen aiheuttaa vain vähäisiä muutoksia sen mittoihin, minkä ansiosta se voidaan valmistaa lähes lopulliseen muotoonsa ilman ylimääräisiä polttamisen jälkeisiä koneistuskustannuksia.

RBSC-huokosrakenteiden todettiin riippuvan useista keskeisistä muuttujista, jotka liittyvät grafitisointiasteeseen sekä hiililähteiden kokoon ja morfologiaan; näiden vaikutus hiilen reaktiivisuuteen piisulaan nähden oli valtava.

Korkea lujuus

Piikarbidi on erittäin luja ja jäykkä materiaali, joka kestää suuria rasituksia menettämättä rakenteellista lujuuttaan. Alhaisen tiheytensä ja suuren ominaisjäykkyytensä ansiosta piikarbidi on erinomainen materiaali esimerkiksi avaruusteleskooppien kaltaisissa sovelluksissa, joissa painorajoitukset on otettava huomioon.

RB SiC:n kemiallinen inerttiys tekee siitä ihanteellisen sovelluksiin, joissa se joutuu kosketuksiin voimakkaiden kemikaalien kanssa. Lisäksi sen lämpötilavaihteluiden kestävyys mahdollistaa sen, että se kestää ympäristöolosuhteiden äkillisiä muutoksia.

RB SiC:n taivutuslujuuden ja kimmomoduulin parantamiseksi tutkimme, miten erilaiset hiilipitoisuudet vaikuttavat sen mikrorakenteeseen. Käyttämällä PF- ja FA-esiasteista koostuvaa komposiittiesiaste-liuosta pystyimme säätelemään sekä hiilen pitoisuutta että kiteisyyttä huokoisessa esimuotossamme, jolloin saimme aikaan RB SiC:n, jolla on paremmat taivutuslujuus- ja kimmomoduuliominaisuudet.

Korkea lämmönjohtavuus

SiC:llä on erittäin hyvä lämmönjohtavuus, jonka arvo on noin 300 W/mK – minkä ansiosta RBSC on erinomainen valinta sovelluksiin, joissa vaaditaan korkean lämpötilan kestävyyttä.

RBSC:llä on erinomainen kestävyys hankaavaa ja eroosiota aiheuttavaa kulumista vastaan, minkä ansiosta se sopii erinomaisesti vaativiin teollisuusympäristöihin. Lisäksi sen alhainen lämpölaajenemiskerroin mahdollistaa nopeat lämpötilan vaihtelut ilman, että rakenteen kestävyys kärsii.

RBSC-esimuottien valmistuksessa käytetyn raaka-aineen hiukkaskokojakaumalla on valtava vaikutus niiden mikrorakenteeseen ja fysikaalisiin ominaisuuksiin, kuten taivutuslujuuteen ja kimmomoduuliin. Hiilimustapitoisuuden kasvu johtaa parempaan mikrorakenteeseen, mikä puolestaan parantaa lopputuotteiden taivutuslujuutta ja kimmomoduulia.

Alhaisen lämpötilan laajeneminen

Reaktiosidottu SiC soveltuu sovelluksiin, joissa vaaditaan korkean lämpötilan kestävyyttä ja erinomaista lämpölaajenemiskykyä, jotka saavutetaan käyttämällä valmistusprosessissa hiilimustaa ja mikropallomaista grafiittia. Reaktiosidotun SiC:n koostumus, rakenne ja ominaisuudet vaihtelevat käytettyjen hiililähteiden hiilipitoisuuden, osuuden, morfologian ja muodon mukaan.

Reaktiivinen sidos on tehokas menetelmä keraamisten materiaalien, kuten tulenkestävien materiaalien, huokoisten suodatinrakenteiden sekä kulutusosien, kuten mekaanisten tiivisteiden ja laakereiden, valmistukseen.

RB SiC on erittäin kestävä ja luotettava materiaali, joka sopii erinomaisesti monenlaisiin käyttöympäristöihin. Alhaisen lämpölaajenemiskertoimensa ansiosta tämä materiaali sopii täydellisesti sovelluksiin, joissa vaaditaan tarkkaa mittavakautta, kuten pumppuihin, laakereihin ja virtauksenrajoittimiin. Lisäksi tätä monipuolista materiaalia voidaan käyttää myös puolijohteiden valmistuslaitteiden komponenttien, kuten piikiekkojen käsittelykomponenttien, valmistukseen.

Pieni kitka

Reaktiosidottu piikarbidi (RBSC) on monipuolinen keraaminen materiaali, josta voidaan valmistaa monimutkaisia muotoja ammattikäyttöön ja teollisuuskäyttöön. RBSC:llä on erinomainen kulutuskestävyys ja alhainen lämpölaajenemiskerroin; se on korroosionkestävää ja sillä on erinomaiset sähköiset ominaisuudet.

RBSC valmistetaan imeyttämällä nestemäistä piitä huokoisiin piikarbidiesimuotteihin. Näin syntyy keraaminen materiaali, jonka rakenne on tiivis ja joka kestää kohtalaisen syövyttäviä ja happamia nesteitä sekä kevyitä hiilivetyjä. Lisäksi sen tiivis rakenne ja pintarakenne vähentävät kitkaa, mikä pidentää komponenttien käyttöikää, ja materiaali on kevyt ja jäykkä, minkä ansiosta se sopii avaruusteleskooppeihin, joissa hyötykuorman painorajoituksia on; sen erittäin mittavakaa pinta tuo lisäarvoa.

Erinomainen kemikaalinkestävyys

Reaktiosidottu SiC kestää erittäin hyvin kemiallista korroosiota, minkä vuoksi se sopii erinomaisesti ympäristöihin, joissa käytetään syövyttäviä aineita. Lisäksi sen alhainen lämpölaajeneminen ja lujuus mahdollistavat sen, että se kestää äärimmäisiä lämpötiloja.

Reaktiosidoksisessa valmistusmenetelmässä sulatettua piitä ruiskutetaan huokoiseen hiilimateriaaliin, joka on pakattu halutun osan muotoon, missä se reagoi hiilimolekyylien kanssa muodostaen piikarbidia.

Tutkimuksissa on todettu, että RBSC-keraamien taivutuslujuus, kimmomoduuli ja huokoisuus riippuvat hiililähdemateriaalin pitoisuudesta ja osuudesta. Kohtuullisen vaihteluvälin saavuttaminen sekä hiililähteen että morfologian osalta parantaa suorituskykyä merkittävästi; tämä takaa vapaiden SiC-hiukkasten tasaisen jakautumisen tiiviisti pakatussa mikrorakenteessa ja lopputuotteiden erinomaiset ominaisuudet.