Sintret silisiumkarbid

Silisiumkarbid er et av de hardeste keramiske materialene, og har ekstremt høy styrke og varmeledningsevne. I tillegg er det motstandsdyktig mot oksidasjon og korrosjon, noe som gjør det egnet for miljøer med høye temperaturer.

Reaksjonsbundet SiC har grove korn og lav korrosjonsbestandighet, mens direkte sintret SiC er tettere og gir bedre ytelse ved høye temperaturer. Ved trykkløs sintring brukes svært fint SiC-pulver med sintringstilsetninger som ikke inneholder oksider, for å produsere tette materialer med utmerkede fysiske egenskaper.

Hardhet

Silisiumkarbid er et av de hardeste vanlige slipematerialene, med en hardhetsgrad på 9,5 på Mohs’ hardhetsskala - nær diamantens 10. Denne hardheten gjør det svært slitesterkt, selv ved høye temperaturer. Kjemikalier, salter, syrer og baser utgjør ingen stor trussel, motstanden mot termisk sjokk er god, og vekten er bare halvparten av stål!

Væskefasesintring gir fordeler i forhold til andre prosesser, blant annet lave prosesstemperaturer og god formbarhet. I tillegg gjør dens fulle tetthet og overlegne mekaniske egenskaper den egnet for slipende maskinering, sliping og polering, samt skjæring, boring, etsing og fresing.

Sintret SiC er mye brukt i deler til halvlederproduksjonsutstyr, lasere og fusjonsreaktorstrukturer på grunn av sin eksepsjonelle kjemiske stabilitet, temperaturbestandighet, lave tetthet, styrke, slitestyrke og lave aktiveringsenergi. Både reaksjonsbundne og direkte sintrede SiC-kvaliteter er tilgjengelige; reaksjonsbundne kvaliteter gir vanligvis lavere kostnader med grovere kornstørrelse for lavere slag- og varmearbeid, mens direkte sintrede kvaliteter gir overlegen slitasjemotstand ved høye temperaturer med finere kornstørrelse som gir større slitasjemotstand ved høye temperaturer. Reaction Bonded-kvaliteter med grovere korn og finere kornstørrelser blir vanligvis spesifisert oftere. For større hardhet ved arbeidsforhold enn høytemperaturapplikasjoner eller arbeid som kreves enn direkte sintrede typer som brukes på grunn av overlegen slitestyrke ved forhøyede temperaturer oftere spesifisert sammenlignet for bruk, henholdsvis på grunn av å ha overlegen slitestyrke ved forhøyede temperaturer er ønsket og hardhet foretrekkes fremfor når de er spesifisert enn enten Avvisning kan bruke foretrekkes på grunn av å ha overlegen slitestyrke/hardhet ved forhøyet arbeid arbeid oftere spesifisert direkte Sintrede typer når de er spesifisert med direkte sintrede kvaliteter kan trenge begge alternativene er spesifisert og hardhet gitt oftere brukt så.

Styrke

Silisiumkarbid er et ekstremt sterkt ildfast keramisk materiale med overlegen hardhet, styrke ved høye temperaturer og kjemisk korrosjonsbestandighet - egenskaper som gjør det til et av verdens mest allsidige ildfaste materialer, og som brukes i en rekke industrielle applikasjoner.

Varmpresset sintring er en av de viktigste produksjonsmetodene for SiC-keramikk. Denne teknikken benytter ekstremt fint silisiumkarbidpulver blandet med sintringstilsetninger som komprimeres ved hjelp av tradisjonelle keramiske formingsmetoder som isostatisk press, matrisepressing eller injeksjon for å produsere tette strukturer som består av små partikler som gir styrke.

Væskefasetrykkfri sintring av SiC (LPPSiC) er en annen fortetningsteknikk for SiC. Her tilføres flytende silisium eller silisiumlegering til en grønn kropp av a-SiC-partikler for å danne b-SiC, som reagerer og binder seg til eksisterende a-SiC-partikler for å fortette dem og fortette kroppen som helhet.

Reaksjonssintret silisiumkarbid har utmerket formbarhet for komplekse former, lave prosesseringstemperaturer og renhetsnivåer; dets mekaniske egenskaper, som bøyestyrke, er lavere enn vanlig sintret silisiumkarbid; for å øke denne egenskapen er det nødvendig å kontrollere reststørrelsen av Si ved å kontrollere partikkelstørrelser under 100 nm - denne prestasjonen markerer en stor suksess i å forbedre styrken til LSiC-keramikk.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Silisiumkarbid har utmerket korrosjonsbestandighet og tåler temperaturer på opptil 1900 °C, noe som gjør det egnet for bruksområder der kjemiske og termiske støt kan skade komponenter.

Korrosjon i keramikk oppstår som følge av at det dannes et oksidlag på overflaten, vanligvis silika eller silikat, avhengig av faktorer som miljøeksponering, urenheter, sintringshjelpemidler, korngrensefaser og reaksjoner som oppstår kort tid etterpå. Dette fører til store variasjoner i korrosjonsatferden til silisiumkarbid- og silisiumnitridmaterialer.

Når man designer materialer for bruk i korrosive miljøer, er det først og fremst overlevelsesraten (målt som recesjonshastighet i korrosivt medium) og mekanisk styrke (C-ring- eller firepunktsbøyestyrke) som er viktig, og korrosjon øker overflatefeilene som svekker styrken over tid og reduserer den mekaniske levetiden.

Sintret silisiumkarbid er et utmerket valg for bruk i tøffe miljøer på grunn av kombinasjonen av høy styrke og slitestyrke, lav spesifikk tetthet og utmerkede tribologiske egenskaper. Det brukes ofte i komponenter som må tåle støtbelastninger fra tunge laster, som sprengningsdyser eller glidelagre. I tillegg er det mye brukt i karbonfiberforsterkede silisiumkarbidbremser eller i produksjon av skuddsikkert panser, siden det er motstandsdyktig mot høye påkjenninger og temperaturer.

Holdbarhet

Sintret silisiumkarbid er et ekstremt hardt keramisk materiale med overlegen slitestyrke og korrosjonsbeskyttende egenskaper, noe som gjør det til et utmerket slipemateriale. Det finnes i slipeskiver, honer for honingsprosesser, sandblåsere og vannstråleskjærere for sliping eller honing, samt i vannstråleskjæringsprosesser.

Materialets kjemiske bestandighet gjør at det tåler langvarig eksponering for vanlige uorganiske syrer, salter og baser uten å brytes ned. Holdbarheten økes dessuten av tettpakkede kovalente bindinger som dannes av 4 silisium- og 4 karbonatomer i tetraedriske koordinasjoner.

Sintret SiC fremstilles ved å presse og sintre (varme opp) silikapulverpartikler sammen. Ved sintring smelter disse individuelle partiklene sammen til et solid stykke med høy hardhet og styrke som også er motstandsdyktig mot oksidasjon og korrosjon; i tillegg har det større holdbarhet enn de fleste typer keramikk.

Reaksjonsbundet silisiumkarbid, som produseres ved å infiltrere flytende silisium i porøse grafitt- eller karbonpreformer, har lavere styrke enn sintret silisiumkarbid, men er mer egnet på grunn av lave prosesstemperaturer, god formbarhet og større renhet. Kommersielt reaksjonssintret silisiumkarbid har en bøyestyrke ved romtemperatur på rundt 300 MPa.

Reaksjonssintret silisiumkarbid med sintringshjelpemidler av bor eller karbon har ekstremt høy krympebestandighet, noe som oppnås gjennom modifikasjoner av korngrensenergier og overflateenergier samt økende volumdiffusjonshastigheter for å fremme fortetting og densifikasjon. Dette gjør at kornene kan forbli i direkte krystallinsk kontakt uten å danne andrefasestrukturer ved korngrensene.