Reaksjonsbundet silisiumkarbid

Reaksjonsbundet silisiumkarbid (RBSC) er et eksepsjonelt hardt og sterkt keramisk materiale med overlegen mekanisk styrke, slagfasthet, kjemisk stabilitet og formbarhet, noe som gjør det velegnet til en rekke bruksområder.

RB-SiC har lavere hardhet enn sintret silisiumkarbid, men er enklere og rimeligere å produsere, samtidig som det har utmerket motstand mot termisk sjokk.

Fysiske egenskaper

I RMI-prosessen brukes a-SiC-partikler i en porøs karbonpreform (G0), som deretter infiltreres med flytende silisium for å oppnå reaksjonsbundet silisiumkarbid. Dessverre kan imidlertid flytende silisium føre til at porene tettes på grunn av infiltrasjonsprosessen, og i denne studien ble det derfor brukt flerfasekarbon som en motgift mot dette problemet og for å forbedre de mekaniske egenskapene til RB-SiC.

Flerfasekarbonet var sammensatt av fin, amorf carbon black og grovt, mikrosfærisk karbon. Når det infiltreres med flytende silisium, forbrukes det mikrosfæriske karbonet, mens det amorfe karbonet kan unnslippe porene for å forhindre at porefyllingsreaksjoner tetter dem igjen - dermed var den karakteristiske toppen ikke til stede når den ble observert på prøvene P10F90, P20F80 og P30F70, noe som tyder på at flerfasekarbonet bidro til å unngå dette problemet og forbedre bøyestyrken når infiltrasjonstemperaturen og bløtleggingstiden økte.

Mekaniske egenskaper

RB silisiumkarbid produseres ved å infiltrere smeltet silisium i en porøs karbon- eller grafittpreform, der det reagerer med karbon og danner SiC og skaper et enestående slitasje-, slag- og kjemikaliebestandig keramisk materiale som leveres i ulike former og størrelser, fra enkle kjegle- og hylseformer til større konstruerte deler for gruve- eller prosessindustrien.

Sammensetningen av en komposittforløper, spesielt forholdet mellom PF og FA, påvirker reaksjonshastigheten mellom karbon og flytende silisium under pyrolyse ved høy temperatur. Flerfaset karbon øker inntrengningen av flytende silisium gjennom porene i porøse preformer; graderte karbonkilder bidrar til å kontrollere både innholdet av b-SiC og fritt Si.

Bøyestyrken og elastisitetsmodulen til RB-silisiumkarbid kan økes betraktelig gjennom nøye gradering av karbonkilden, fordi man eliminerer glatte, svarte og hvite blokkkornoverflater som forårsaker intergranulært brudd under bøying.

Termiske egenskaper

De termiske egenskapene til reaksjonsbundet silisiumkarbidkeramikk avhenger av type og andel binding. Reaksjonsbundet silisiumkarbid (RBSC), infiltrert med metalliske silisiumpartikler, infiltreres i karbon- eller grafittpreformer som ikke krymper under denne prosessen; deler med svært nøyaktige dimensjoner kan dermed lages.

Etter å ha blitt infiltrert med RBSC, blir det deretter utsatt for høytemperaturnitrering ved høye temperaturer. Dette omdanner metallisk silisium til SiC-nitrid og fyller eventuelle gjenværende porerom med silisiumkarbidnettverksmateriale. XRD viser at denne formen inneholder diamant, a-SiC, b-SiC, Si og SiO2, mens SEM viser grafittlag samt amorft karbon.

På grunn av grafittlaget har RBSC lavere k-verdier enn sintret SiC, men overgår likevel NSIC. I tillegg utkonkurrerte den SiO2-basert keramikk betydelig når det gjelder korrosjonsbestandighet, motstand mot høye temperaturer, motstand mot termisk sjokk og evne til å absorbere termisk sjokk.

Elektriske egenskaper

Reaksjonsbundet silisiumkarbid har gode elektriske egenskaper, som lav spesifikk motstand og høy varmeledningsevne. Disse egenskapene gjør det til et utmerket materialvalg for elektriske varmeelementer. I tillegg gjør den kjemiske inertiteten og oksidasjonsmotstanden det egnet til ovnstermoelementer, brennerspisser, kontrollstein og muffler i ovner, og den overlegne motstanden mot termisk sjokk gjør det også egnet som møbler i ovner.

Reaksjonsbundet SiC kan lages ved å blande finfordelte, intime blandinger av silisium og karbon med mykgjører, og deretter forme og brenne av mykgjøreren før den infiltreres med flytende eller gassformig silisium. Denne reaksjonen gjør at silisium kan bindes med karbon for å produsere mer silisiumkarbid, som deretter reagerer med det opprinnelige silisiumkarbidet og danner en kompositt bestående av a-SiC, b-SiC og rest-Si.

På infiltrasjonstidspunktet hevdes det at a-SiC-granulat og b-SiC som dannes under reaksjonen, er jevnt fordelt i hele den porøse preformen uten å klumpe seg sammen, noe som sannsynligvis skyldes at kapillærkanalene ikke blokkeres av nydannede b-SiC-partikler.