Sintrattu piikarbidi

Piikarbidi on korvaamaton keraaminen rakennemateriaali poikkeuksellisen korkean lämpötilalujuutensa ja hapettumiskestävyytensä ansiosta, mikä tekee siitä korvaamattoman mekaanisen tuotannon, ilmailu- ja avaruustekniikan sekä tietotekniikan aloilla.

Reaktiosintraus tarjoaa matalat lämpötilat ja lyhyet sintrausajat ja tuottaa lähes nettokokoisia muotoja, mutta sitä rajoittavat epätasainen tiheysjakauma, sintratun tuotteen halkeilu ja riittämätön piin tunkeutuminen sintrausprosessin aikana.

Korkean lämpötilan lujuus

Piikarbidi on erittäin kova ja sitkeä keraaminen materiaali, joka on tunnettu erinomaisesta korkean lämpötilan lujuudestaan, kulutuskestävyydestään ja kemiallisen hapettumisen kestävyydestään. Näiden ominaisuuksiensa ansiosta piikarbidia käytetään lukuisissa teollisissa sovelluksissa, kuten ydinvoimaloissa, uuneissa, suihkumoottoreissa, rakettisuuttimissa ja paperinvalmistuksessa.

Yksi tapa parantaa sintratun piikarbidin mekaanisia ominaisuuksia korkeissa lämpötiloissa on lisätä alumiinin, boorin ja hiilen kaltaisia lisäaineita (SiC-ABC), jotka parantavat virumiskestävyyttä. Nämä lisäaineet muuttavat raerajojen energioita ja pintaenergioita ja lisäävät samalla tilavuusdiffuusionopeuksia ja estävät lasin muodostumista raerajoilla.

Toinen tapa parantaa mekaanisia ominaisuuksia on paineeton sintraus, jossa SiC-jauhekompaktien sintraus tapahtuu ilman ulkoista painetta. Tämän menetelmän etuna on, että sillä poistetaan perinteisten kuumapuristussintrausmenetelmien aiheuttamat tiheysvaihtelut, jotka johtavat merkittäviin mittamuutoksiin ja heikentävät tuotteen laatua. Lisäksi sillä saadaan aikaan tiheyksiä, jotka ovat lähempänä teoreettisia arvoja kuin koskaan aikaisemmin.

Korkean lämpötilan korroosionkestävyys

Piikarbidilla on erinomainen kemiallinen korroosionkestävyys monenlaisissa ympäristöissä aina 1700 celsiusasteeseen asti, kuten kuivassa hapessa, kuumissa kaasumaisissa höyryissä ja nestemäisissä suoloissa ja metalleissa sekä sulissa suoloissa ja kivihiilituhkakuonissa.

Sintrattu piikarbidi tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden rakenteensa ja pinnanlaatunsa ansiosta. Tämä materiaali kestää hyvin eroosiota (liukumista), mekaanista lujuutta, lämpöshokkeja ja kulumista.

Korkeissa lämpötiloissa sintrattu piikarbidimateriaali XICAR (jota yleisesti kutsutaan Hexoloy SE -vaihtoehdoksi) on osoittautunut erittäin kestäväksi kemialliselle korroosiolle happamissa ympäristöissä, kuten väkevässä HCl:ssä ja HNO3:ssa, ja Y2O3:lla käsitellyt näytteet kestävät paremmin kuin MgO-sintrausapua käyttäneet näytteet.

Reaktiosidottu sintrattu piikarbidi, jota kutsutaan yleisesti itsesitoutuvaksi piikarbidiksi, valmistetaan reagoimalla hiiltä sisältävästä huokoisesta keraamisesta kappaleesta nestemäisen piin kanssa. Tämä seos tunkeutuu keraamiseen kappaleeseen, reagoi grafiitin kanssa muodostaen b-SiC:tä ja yhdistyy sitten olemassa oleviin a-SiC-hiukkasiin muodostaakseen täystiheää reaktiosintrattua piikarbidia, jolla on tämän prosessin avulla saatavissa erilaisia muotoja.

Korkea lujuus

Piikarbidi on yksi vahvimmista keraamisista materiaaleista. Piikarbidi on erinomainen materiaalivalinta käytettäväksi monissa teollisissa sovelluksissa, koska sillä on ylivoimainen lujuus korkeissa lämpötiloissa ja hapettumisenkestävyys.

Piikarbidikeramiikka voidaan yleensä valmistaa joko paineettomalla sintrauksella tai reaktiosidonnalla, ja Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories tarjoaa molempia tyyppejä erilaisiin loppukäyttösovelluksiin.

Paineeton sintrattu piikarbidi valmistetaan yhdistämällä hienojakoista SiC-jauhetta ei-oksidisten sintrausaineiden kanssa ja sintraamalla se yli 2000 degC:n lämpötiloissa inertissä ilmakehässä, jolloin saadaan erittäin tiheää materiaalia, jolla on erinomainen hapettumiskestävyys, korroosionkestävyys ja mekaaniset ominaisuudet.

Reaktiosintraus on kehittyvä prosessi piikarbidikeramiikan (SiC) valmistuksessa, ja se tarjoaa etuja, kuten tiiviit rakenteet, alhaisemmat käsittelylämpötilat, muokattavuus, alhaiset kustannukset ja suurempi puhtaus. Valitettavasti sen taivutuslujuus jää kuitenkin huomattavasti tavallista sintrattua SiC:tä heikommaksi, koska sen mikrorakenteessa on hiilen (Si) jäännöskokoja.

Korkea sitkeys

Sintrattu piikarbidikeraamiikka on kovimpia ja vahvimpia keraamisia materiaaleja, mutta se pysyy vahvana myös erittäin korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä erinomaisen valinnan sovelluksiin, joissa korkean lämpötilan kestävyys on avainasemassa.

SSIC:llä on lähes tasainen lujuus laajalla lämpötila-alueella ja se säilyttää sitkeytensä myös kovassa paineessa, minkä vuoksi se on erittäin suosittu materiaalivalinta suorituskykyisten pumppujen komponentteihin ja muihin tärkeisiin laitteiden osiin.

SSIC-kappaleet valmistetaan tavanomaisilla keraamisilla muottitekniikoilla. Kun SSIC-keramiikka on muotoiltu haluttuun muotoonsa, se sintrataan korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa inertissä kaasuilmakehässä.

Sintraus voidaan jakaa kahteen eri vaiheeseen, kiinteän faasin ja nestefaasin sintraukseen. Kiinteän faasin sintraus edellyttää C:n ja B:n lisäämistä sintrauksen apuaineiksi, jotta SiC-keramiikan raerajojen energiaa voidaan pienentää, kun taas nestemäisessä faasissa käytetään yhtä tai useampaa eutektista oksidia (kuten Y2O3) aineena, jolloin syntyy elektrolyyttinen faasi, jossa on liikettä, diffuusiota ja massansiirtoa piidioksidihiukkasten välillä materiaalin tiheyden tihentämiseksi.