Sintret silisiumkarbid

Silisiumkarbid er et uerstattelig strukturelt keramisk materiale på grunn av sin eksepsjonelle styrke ved høye temperaturer og oksidasjonsbestandighet, noe som gjør det uunnværlig innen mekanisk produksjon, romfartsteknologi og informasjonselektronikk.

Reaksjonssintring gir lave temperaturer og korte sintringstider, samtidig som det gir tilnærmet nettostørrelse, men begrenses av ujevn tetthetsfordeling, sprekkdannelser i sintrede produkter og utilstrekkelig silisiumgjennomtrengning under sintringsprosessen.

Styrke ved høye temperaturer

Silisiumkarbid er et ekstremt hardt og seigt keramisk materiale som er kjent for sin overlegne styrke ved høye temperaturer, slitestyrke og kjemiske oksidasjonsmotstand. På grunn av disse egenskapene brukes silisiumkarbid i en rekke industrielle applikasjoner, inkludert kjernekraftverk, ovner, jetmotorer, rakettdyser og papirproduksjon.

En måte å forbedre de mekaniske egenskapene til sintret silisiumkarbid ved høye temperaturer på, er å tilsette tilsetningsstoffer som aluminium, bor og karbon (SiC-ABC), som forbedrer krympebestandigheten. Disse tilsetningsstoffene endrer korngrensenergiene og overflateenergiene, samtidig som de øker volumdiffusjonshastigheten og motvirker glassdannelse ved korngrensene.

En annen måte å øke de mekaniske egenskapene på er trykkløs sintring, som innebærer sintring av SiC-pulverkompakter uten at det påføres ytre trykk. Fordelen med denne metoden er at den eliminerer tetthetsvariasjoner som forårsakes av tradisjonelle varmpressede sintringsmetoder, noe som resulterer i betydelige dimensjonsendringer og redusert produktkvalitet - og den skaper også tettheter som ligger nærmere de teoretiske verdiene enn noen gang tidligere.

Motstand mot korrosjon ved høye temperaturer

Silisiumkarbid har utmerket kjemisk korrosjonsbestandighet i et bredt spekter av miljøer opp til 1700 grader C, som tørt oksygen, varme gassformige damper og flytende salter og metaller, samt smeltede salter og kullaske.

Sintret silisiumkarbid gir utmerket korrosjonsbestandighet på grunn av sin struktur og overflatekvalitet. Materialet har sterk motstand mot erosjon (glidning), mekanisk styrke, termisk sjokk og slitasje.

Det høytemperatursintrede silisiumkarbidmaterialet XICAR (ofte omtalt som Hexoloy SE-alternativet) har vist seg å være svært motstandsdyktig mot kjemisk korrosjon i sure miljøer som konsentrert HCl og HNO3, og prøvene som er behandlet med Y2O3, har høyere motstandskraft enn prøvene som er behandlet med MgO som sintringshjelpemiddel.

Reaksjonsbundet sintret silisiumkarbid, ofte kalt selvbindende silisiumkarbid, produseres ved å la en karbonholdig, porøs keramisk kropp reagere med flytende silisium. Denne blandingen infiltrerer den keramiske kroppen, reagerer med grafitt for å danne b-SiC og kombineres deretter med eksisterende a-SiC-partikler for å danne reaksjonssintret silisiumkarbid med full tetthet og ulike former som er tilgjengelige gjennom denne prosessen.

Høy styrke

Silisiumkarbid er et av de sterkeste keramiske materialene. Med sin overlegne styrke ved høye temperaturer og oksidasjonsbestandighet er silisiumkarbid et utmerket materialvalg for mange industrielle bruksområder.

Silisiumkarbidkeramikk kan vanligvis produseres ved hjelp av enten trykkløs sintring eller reaksjonsbinding, og Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories tilbyr begge typer for å dekke en rekke bruksområder.

Trykkløst sintret silisiumkarbid produseres ved å kombinere finpartikulært SiC-pulver med sintringshjelpemidler som ikke er oksiderte, og sintre det ved temperaturer over 2000 °C i en inert atmosfære, noe som gir et materiale med høy tetthet og overlegen oksidasjonsmotstand, korrosjonsbestandighet og mekaniske egenskaper.

Reaksjonssintring er en ny prosess for produksjon av silisiumkarbidkeramikk (SiC), med fordeler som tette strukturer, lavere prosesstemperaturer, formbarhet, lave kostnader og høyere renhet. Dessverre er imidlertid bøyestyrken langt dårligere enn for standard sintret SiC på grunn av reststørrelser av karbon (Si) i mikrostrukturen.

Høy slitestyrke

Sintret silisiumkarbidkeramikk er blant de hardeste og sterkeste keramiske materialene, samtidig som det forblir sterkt ved ekstremt høye temperaturer - noe som gjør det til et utmerket valg for bruksområder der høy temperaturbestandighet er avgjørende.

SSIC har nesten konstant styrke over et bredt temperaturområde og beholder sin seighet selv under sterkt trykk, noe som gjør det til et svært populært materialvalg for høytytende pumpekomponenter og andre viktige utstyrsdeler.

SSIC produseres ved hjelp av konvensjonelle keramiske formingsteknikker. Etter å ha blitt formet til ønsket form, sintres SSIC-ene under høy temperatur og høyt trykk i en atmosfære av inert gass.

Sintring kan deles inn i to forskjellige faser, sintring i fast fase og sintring i væskefase. Sintring i fast fase krever tilsetning av C og B som sintringshjelpemidler for å redusere korngrensenergien i SiC-keramikk, mens sintring i væskefase bruker ett eller flere eutektiske oksider (for eksempel Y2O3) som et middel, noe som skaper en elektrolytisk fase med bevegelse, diffusjon og masseoverføring mellom silikapartikler for å øke materialtettheten.