Sinterēts silīcija karbīds

Silīcija karbīds ir viens no cietākajiem keramikas materiāliem, kam piemīt ārkārtīgi augsta izturība un siltumvadītspēja. Turklāt tā izturība pret oksidēšanos un koroziju padara to piemērotu izmantošanai augstas temperatūras apstākļos.

Reakcijas ceļā saistītajam SiC ir rupji graudi un zema izturība pret koroziju, savukārt tieši saķepinātajam SiC ir lielāks blīvums un tas nodrošina labākus ekspluatācijas rādītājus augstās temperatūrās. Saķepināšanā bez spiediena izmanto ļoti smalku SiC pulveri ar neoksīda saķepināšanas piedevām, lai iegūtu blīvu materiālu ar izcilām fizikālajām īpašībām.

Cietība

Silīcija karbīds ir viens no cietākajiem plaši izmantotajiem abrazīvajiem materiāliem, kura cietība pēc Mosa skalas ir 9,5 — tuvu dimanta cietībai, kas ir 10. Šī cietība nodrošina tam izcilu nodilumizturību pat paaugstinātās temperatūrās; ķīmiskās vielas, sāļi, skābes un sārmi tam nerada lielu apdraudējumu; siltuma triecienu izturība ir laba; turklāt tā svars ir divreiz mazāks nekā tēraudam!

Šķidrās fāzes sinterēšanai ir priekšrocības salīdzinājumā ar citiem procesiem, tostarp zemas apstrādes temperatūras un labas formējamības īpašības. Turklāt tās pilnā blīvums un izcilās mehāniskās īpašības padara to piemērotu abrazīvai apstrādei, slīpēšanai un pulēšanai, kā arī griešanai, urbšanai, ēstēšanai un frēzēšanai.

Sinterētais SiC tiek plaši izmantots pusvadītāju ražošanas iekārtu detaļās, lāzeros un kodoltermisko reaktoru konstrukcijās, pateicoties tā izcilajai ķīmiskajai stabilitātei, temperatūras izturībai, zemajam blīvumam, izturībai, nodilumizturībai un zemajai aktivācijas enerģijai. Pieejami gan reakcijas ceļā saistīti, gan tieši sinterēti SiC materiāli; reakcijas ceļā saistītie materiāli parasti ir lētāki un tiem ir rupjāka graudainība, kas nodrošina zemāku triecienizturību un siltuma izturību, savukārt tieši sinterētajiem materiāliem ir labāka nodilumizturība paaugstinātās temperatūrās, un to smalkāka graudainība nodrošina lielāku nodilumizturību paaugstinātās temperatūrās. Reakcijas ceļā saistītie materiāli ar rupjāku graudainību parasti tiek izmantoti biežāk, savukārt tie ar smalkāku graudainību tiek specifikācijās norādīti retāk.  Lai nodrošinātu lielāku cietību darba apstākļos, kas prasa augstāku izturību pret nodilumu paaugstinātās temperatūrās, salīdzinājumā ar tieši saķepinātajiem veidiem biežāk tiek norādīti reakcijas saķepinātie veidi; savukārt, ja ir nepieciešama lielāka cietība, tieši saķepinātie veidi tiek izmantoti biežāk, jo tiem ir labāka cietība.cietību paaugstinātās darba temperatūrās, tādēļ tie tiek biežāk norādīti; ja tiek norādīti tieši saķepinātie materiāli, var būt nepieciešamas abas opcijas, un cietība tiek nodrošināta biežāk, tādēļ tie tiek izmantoti biežāk.

Spēks

Silīcija karbīds ir ārkārtīgi izturīgs ugunsizturīgs keramikas materiāls, kam piemīt izcila cietība, izturība pret augstām temperatūrām un izturība pret ķīmisko koroziju — īpašības, kas to padara par vienu no daudzpusīgākajiem ugunsizturīgajiem materiāliem pasaulē un ko izmanto dažādās rūpnieciskās jomās.

Karstā presēšana ar sinterēšanu ir viena no galvenajām SiC keramikas ražošanas metodēm. Šajā procesā tiek izmantots ārkārtīgi smalks silīcija karbīda pulveris, kas sajaukts ar sinterēšanas piedevām, un to sablīvē, izmantojot tradicionālās keramikas formēšanas metodes, piemēram, izostātisko presēšanu, presēšanu ar matricu vai injekcijas formēšanu, lai iegūtu blīvas struktūras, kas sastāv no sīkām daļiņām, kuras nodrošina izturību.

SiC bezspiediena saķepināšana šķidrā fāzē (LPPSiC) ir vēl viena SiC blīvuma palielināšanas metode. Šajā procesā a-SiC daļiņu neapdedzinātā ķermenī ievada šķidro silīciju vai silīcija sakausējumu, lai veidotu b-SiC, kas reaģē un saistās ar esošajām a-SiC daļiņām, tādējādi blīvējot gan šīs daļiņas, gan ķermeni kopumā.

Reakcijas ceļā saķepinātajam silīcija karbīdam piemīt izcilas formēšanas īpašības sarežģītu formu izgatavošanai, zemas apstrādes temperatūras un augsts tīrības līmenis; tā mehāniskās īpašības, piemēram, lieces izturība, ir zemākas nekā parastajam saķepinātajam silīcija karbīdam; lai uzlabotu šo īpašību, ir nepieciešams kontrolēt atlikušā silīcija (Si) daļiņu izmērus, uzturot tos zem 100 nm – šis sasniegums iezīmē lielu panākumu LSiC keramikas izturības uzlabošanā.

Izturība pret koroziju

Silīcija karbīds izceļas ar izcilu izturību pret koroziju un spēj izturēt temperatūras līdz pat 1 900 °C, tādēļ tas ir piemērots lietojumiem, kur ķīmiskie un termiskie triecieni var sabojāt detaļas.

Keramikas korozija rodas oksīda slāņa veidošanās rezultātā uz tās virsmas; parasti tas ir silīcija dioksīds vai silikāts, atkarībā no tādiem faktoriem kā vides iedarbība, piemaisījumi, aglomerācijas palīgvielas, graudu robežu fāzes un reakcijas, kas notiek īsi pēc tam. Tas izraisa ievērojamas atšķirības silīcija karbīda un silīcija nitrīda materiālu korozijas īpašībās.

Tā kā galvenie faktori, kas jāņem vērā, projektējot materiālus lietošanai korozīvās vidēs, ir izturības rādītājs (ko mēra kā korozijas progresēšanas ātrumu korozīvā vidē) un mehāniskā izturība (C-gredzena vai četru punktu lieces izturība), korozija palielina virsmas defektu skaitu, kas laika gaitā vājina materiāla izturību un samazina tā mehānisko kalpošanas laiku.

Sinterētais silīcija karbīds ir lieliska izvēle izmantošanai nelabvēlīgos apstākļos, pateicoties tā augstajai izturībai un nodilumizturībai, zemajam īpatnējam blīvumam un izcilajām triboloģiskajām īpašībām. To bieži izmanto detaļās, kurām jāiztur trieciena slodzes no smagām slodzēm, piemēram, strūklas sprauslās vai slīdošo gultņu gultņos; turklāt to plaši izmanto oglekļa šķiedras pastiprinātu silīcija karbīda bremžu vai bruņu ražošanā, jo tas ir izturīgs pret lielām slodzēm un augstām temperatūrām.

Izturība

Sinterētais silīcija karbīds ir ārkārtīgi cietais keramikas materiāls ar izcilu nodilumizturību un korozijas aizsardzības īpašībām, kas to padara par lielisku abrazīvo materiālu. To izmanto slīpēšanas ratiņos, honēšanas rīkos, smilšu strūklu iekārtās un ūdensstrūklas griešanas iekārtās slīpēšanas vai honēšanas darbiem, kā arī ūdensstrūklas griešanas procesos.

Šī materiāla ķīmiskā izturība ļauj tam izturēt ilgstošu saskari ar parastām neorganiskajām skābēm, sāļiem un sārmiem, neciešot kvalitātes pasliktināšanos. Turklāt tā izturību palielina cieši sakārtotas kovalentās saites, kas veidojas no 4 silīcija un 4 oglekļa atomiem, veidojot tetraedrālas koordinācijas.

Sinterētais SiC tiek iegūts, saspiežot un sinterējot (karsējot) silīcija dioksīda pulvera daļiņas. Sinterēšanas procesā šīs atsevišķās daļiņas saplūst vienā cietā gabalā ar augstu cietību un izturību, kas ir izturīgs arī pret oksidēšanos un koroziju; turklāt tam ir lielāka izturība nekā lielākajai daļai keramikas veidu.

Reakcijas ceļā saistītais silīcija karbīds, ko ražo, infiltrējot šķidro silīciju porainās grafīta vai oglekļa sagatavēs, piedāvā zemāku izturību nekā saķepinātais silīcija karbīds, taču ir piemērotāks, pateicoties zemām apstrādes temperatūrām, labai formējamībai un lielākai tīrībai. Komerciāli pieejamajam reakcijas ceļā saķepinātajam silīcija karbīdam lieces izturība istabas temperatūrā ir apmēram 300 MPa.

Reakcijas ceļā saķepināts silīcija karbīds ar bora vai oglekļa saķepināšanas palīgvielām piemīt ārkārtīgi augsta pretestība pret lēnās deformācijas, ko panāk, mainot graudu robežu enerģijas un virsmas enerģijas, kā arī palielinot apjoma difūzijas ātrumus, lai veicinātu blīvuma palielināšanos un blīvuma palielināšanos. Tas ļauj graudiem palikt tiešā kristāliskā kontaktā, neveidojot otrās fāzes struktūras graudu robežās.