Reakciókötésű SiC - optimális teljesítmény szélsőséges körülmények között is

A reakciókötésű SiC (RBSC) egy sűrű kerámiaanyag, amely szilíciumkarbidból és szénrészecskékből áll. Az égetés minimális méretváltozást eredményez, ami lehetővé teszi a közel nettó alakú gyártást az égetés utáni további megmunkálási költségek nélkül.

Az RBSC pórusszerkezete a szénforrások grafitizációs fokával, méretével és morfológiájával kapcsolatos számos kulcsfontosságú változótól függött; ezek hatása arra, hogy a szén mennyire reaktív a szilíciumolvadékkal szemben, óriási volt.

Nagy szilárdság

A szilíciumkarbid rendkívül erős és merev anyag, amely nagy igénybevételeket is képes elviselni anélkül, hogy szerkezeti integritása sérülne. Alacsony sűrűsége és nagy fajlagos merevsége miatt a szilíciumkarbid kívánatos anyag olyan helyzetekben, mint például az űrteleszkópok, ahol figyelembe kell venni a súlykorlátozásokat.

Az RB SiC kémiai inertitása miatt ideális olyan alkalmazásokhoz, ahol agresszív vegyi anyagokkal érintkezik. Továbbá a hőmérsékleti sokkokkal szembeni ellenállása lehetővé teszi, hogy ellenálljon a környezeti feltételek hirtelen változásainak.

Az RB SiC hajlítószilárdságának és rugalmassági modulusának növelése érdekében megvizsgáltuk, hogy a különböző széntartalmak hogyan befolyásolják a mikroszerkezetet. A PF és FA prekurzorok kompozit prekurzoroldatának használatával képesek voltunk a szén tartalmát és kristályosságát is szabályozni a porózus előformánkban, így nagyobb hajlítószilárdságú és rugalmassági modulusú RB SiC-t állítottunk elő.

Magas hővezető képesség

A SiC nagy hővezető képességgel rendelkezik, megközelítőleg 300 W/mK vezetőképességgel, így az RBSC kiváló választás a magas hőmérsékletű teljesítményt igénylő alkalmazásokhoz.

Az RBSC kiválóan ellenáll a koptató és eróziós kopásnak, így ideális az igényes ipari környezetekben. Továbbá alacsony hőtágulási együtthatója lehetővé teszi a gyors hőmérséklet-ingadozást anélkül, hogy a szerkezeti integritás sérülne.

Az RBSC-előformák előállításához használt nyersanyag szemcseméret-eloszlásának óriási hatása van a mikroszerkezetükre és fizikai tulajdonságaikra, például a hajlítószilárdság és a rugalmassági modulus értékeire. A koromtartalom növelése a késztermékek jobb mikroszerkezetű, nagyobb hajlítószilárdsággal és rugalmassági modulusértékekkel rendelkező, jobb mikroszerkezetű mikroszerkezetet eredményez.

Alacsony hőmérsékletű tágulás

A reakciókötésű SiC olyan alkalmazásokban, amelyek magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállást igényelnek, kiemelkedő hőtágulási képességet kínál, amelyet a gyártási folyamat során alkalmazott korom és mikrogömb alakú grafit révén érnek el. A reakciókötött SiC összetétele, szerkezete és tulajdonságai a felhasznált szénforrások széntartalmától, arányától, morfológiájától és formájától függően változnak.

A reakciókötés hatékony módszer olyan kerámiaanyagok előállítására, mint a tűzálló anyagok, porózus szűrőtestek és kopó alkatrészek, például mechanikus tömítések és csapágyak.

Az RB SiC rendkívül robusztus és megbízható anyag, amely többféle környezetben is kiválóan használható. Alacsony hőtágulási arányának köszönhetően ez az anyag tökéletes olyan alkalmazásokhoz, amelyek pontos méretstabilitást igényelnek, mint például szivattyúk, csapágyak és áramlásszabályozó fojtók. Ezenkívül ez a sokoldalú anyag félvezetőgyártó berendezések alkatrészeinek, például ostyakezelő alkatrészek gyártásához is felhasználható.

Alacsony súrlódás

A reakciókötésű szilíciumkarbid (RBSC) egy alkalmazkodó kerámiaanyag, amely professzionális és ipari felhasználásra bonyolult formákba alakítható. Az RBSC kiváló kopásállósággal és alacsony tágulási együtthatóval, korrózióállósággal, valamint kiváló elektromos tulajdonságokkal büszkélkedhet.

Az RBSC-t porózus szilíciumkarbid előformák folyékony szilíciummal történő infiltrálásával állítják elő. Ezáltal egy olyan kerámia jön létre, amelynek a szerkezete áthatolhatatlan, és amely ellenáll a mérsékelten maró és savas folyadékoknak, valamint a könnyű szénhidrogéneknek. Ezen túlmenően az áthatolhatatlan összetétel és a felületi textúra csökkenti a súrlódást, ami meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát, valamint könnyű és merev, így alkalmas az űrteleszkópok számára, ahol a hasznos teher súlyának korlátok vannak; a rendkívül méretstabil felület további értéket teremt.

Magas kémiai ellenállás

A reakciókötésű SiC rendkívül ellenálló a kémiai korrózióval szemben, így ideális a korróziós anyagokat használó környezetekben. Továbbá alacsony hőtágulása és szilárdsága lehetővé teszi, hogy ellenálljon a szélsőséges hőmérsékleteknek.

A reakciókötéses gyártás során az olvadt szilíciumot a kívánt alkatrész formájába csomagolt porózus szénanyagba fecskendezik, ahol az aztán szénmolekulákkal reagálva szilíciumkarbiddá alakul.

A kutatások megállapították, hogy az RBSC-kerámia hajlítószilárdsága, rugalmassági modulusa és porozitása függ a szénforrásanyag tartalmától és arányától. Az ésszerű gradáció elérése mind a szénforrás, mind a morfológia tekintetében jelentősen javítja a teljesítményt; ez biztosítja a szabad sic-részecskék egyenletes eloszlását a szorosan pakolt mikroszerkezetben és a végtermékek kiváló tulajdonságait.