Szinterezett szilícium-karbid

A szilíciumkarbid kivételes magas hőmérsékleti szilárdsága és oxidációval szembeni ellenállása miatt pótolhatatlan szerkezeti kerámiaanyag, amely nélkülözhetetlenné teszi a mechanikai gyártás, a repülőgép- és űrtechnológia és az információs elektronika területén.

A reakciószinterezés alacsony hőmérsékletet és rövid szinterelési időt kínál, miközben közel nettó méretű alakzatokat állít elő, de korlátozza az egyenetlen sűrűségeloszlás, a szinterelt termékek repedezése és a szinterelési folyamatok során a szilícium elégtelen behatolása.

Magas hőmérsékleti szilárdság

A szilíciumkarbid egy rendkívül kemény és szívós kerámiaanyag, amely kiváló magas hőmérsékleti szilárdságáról, kopásállóságáról és kémiai oxidációval szembeni ellenálló képességéről ismert. E tulajdonságainak köszönhetően a szilíciumkarbidot számos ipari alkalmazásban használják, többek között atomerőművekben, kemencékben, sugárhajtóművekben, rakétafúvókákban és a papírgyártásban.

A szinterezett szilíciumkarbid magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságainak javításának egyik módja a kúszásállóságot fokozó adalékanyagok, például alumínium, bór és szén (SiC-ABC) hozzáadása. Ezek az adalékok megváltoztatják a szemcsehatár energiákat és a felületi energiákat, miközben növelik a térfogati diffúziós sebességet és gátolják az üvegképződést a szemcsehatárokon.

A mechanikai tulajdonságok növelésének egy másik módja a nyomás nélküli szinterezés, amely a SiC por tömör anyagainak külső nyomás alkalmazása nélküli szinterezését jelenti. Ennek a módszernek az előnye abban rejlik, hogy kiküszöböli a hagyományos forró sajtolásos szinterelési módszerek által okozott sűrűségingadozásokat, amelyek jelentős méretváltozásokat és a termékminőség romlását eredményezik - emellett minden eddiginél közelebbi sűrűségeket hoz létre az elméleti értékekhez.

Magas hőmérsékletű korrózióállóság

A szilíciumkarbid kiváló kémiai korrózióállóságot mutat a környezetek széles skáláján 1700 °C-ig, például száraz oxigén, forró gázgőzök, folyékony sók és fémek, valamint olvadt sók és szénhamu salakok ellen.

A szinterezett szilíciumkarbid szerkezetének és felületi minőségének köszönhetően kiváló korrózióállóságot biztosít. Ez az anyag erős ellenállással büszkélkedhet az erózióval (csúszással), mechanikai szilárdsággal, hőhatással és kopással szemben.

A magas hőmérsékleten szinterezett XICAR szilíciumkarbid anyag (közismert nevén Hexoloy SE alternatíva) savas környezetben, például tömény HCl-ben és HNO3-ban rendkívül ellenállónak bizonyult a kémiai korrózióval szemben, és az Y2O3-mal kezelt minták nagyobb ellenállást mutattak, mint az MgO szinterezési segédanyaggal kezeltek.

A reakciókötésű szinterezett szilíciumkarbidot, amelyet általában önkötő szilíciumkarbidnak neveznek, úgy állítják elő, hogy egy széntartalmú porózus kerámia testet folyékony szilíciummal reagáltatnak. Ez a keverék beszivárog a kerámiatestbe, grafittal reakcióba lépve b-SiC-t képez, majd a meglévő a-SiC-részecskékkel egyesülve teljes sűrűségű, reakciószinterezett szilíciumkarbidot képez, amelynek különböző formái állnak rendelkezésre ezen eljárás révén.

Nagy szilárdság

A szilíciumkarbid az egyik legerősebb kerámiaanyag. A szilíciumkarbid kiváló magas hőmérsékleti szilárdsággal és oxidációval szembeni ellenállással büszkélkedhet, ezért számos ipari alkalmazásban kiváló anyagválasztás.

A szilícium-karbid kerámiák jellemzően nyomás nélküli szinterezéssel vagy reakciókötéssel készülnek, és a Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories mindkét típust kínálja a különböző végfelhasználási alkalmazásokhoz.

A nyomás nélkül szinterezett szilíciumkarbidot finom szemcsés SiC por és nem oxid szinterelési segédanyagok kombinálásával állítják elő, és 2000degC-nél magasabb hőmérsékleten, inert atmoszférában szinterezik, nagy sűrűségű, kiváló oxidációs ellenállással, korrózióállósággal és mechanikai tulajdonságokkal rendelkező anyagot előállítva.

A reakciószinterezés a szilíciumkarbid (SiC) kerámiák előállításának újonnan megjelenő eljárása, amely olyan előnyöket kínál, mint a sűrű szerkezet, az alacsonyabb feldolgozási hőmérséklet, az alakíthatóság, az alacsony költség és a nagyobb tisztaság. Sajnos azonban a hajlítószilárdság jóval elmarad a standard szinterezett SiC-től a mikroszerkezetben lévő maradék szén (Si) mérete miatt.

Nagy szívósság

A szinterezett szilícium-karbid kerámia a legkeményebb és legerősebb kerámiaanyagok közé tartozik, miközben rendkívül magas hőmérsékleten is erős marad - így kiváló választás olyan alkalmazásokhoz, ahol a magas hőmérsékletnek való ellenállás kulcsfontosságú.

Az SSIC széles hőmérséklet-tartományban szinte állandó szilárdságot mutat, és még nagy nyomás alatt is megőrzi szívósságát, így rendkívül népszerű anyagválasztás a nagy teljesítményű szivattyúalkatrészek és más alapvető fontosságú berendezések alkatrészei számára.

Az SSIC-eket hagyományos kerámiaformázási technikákkal állítják elő. A kívánt formára alakítás után az SSIC-eket magas hőmérsékleten és nyomáson, inert gáz atmoszférában szinterezik.

A szinterezés két különböző fázisra osztható, a szilárd fázisú és a folyadékfázisú szinterezésre. A szilárd fázisú szinterezéshez C és B szinterezési segédanyagként történő hozzáadása szükséges a SiC-kerámiák szemcsehatár-energiájának csökkentése érdekében, míg a folyékony fázis egy vagy több elem eutektikus oxidjait (például Y2O3) használja segédanyagként, amely elektrolitikus fázist hoz létre a szilícium-dioxid-részecskék közötti mozgással, diffúzióval és tömegátvitellel az anyagsűrűség sűrítése érdekében.