Reactiegebonden SiC – Optimale prestaties onder extreme omstandigheden

Reaction Bonded SiC (RBSC) is een compact keramisch materiaal dat bestaat uit siliciumcarbide en koolstofdeeltjes. Tijdens het bakken treden slechts minimale afmetingsveranderingen op, waardoor productie in bijna-net-vorm mogelijk is zonder extra bewerkingskosten na het bakken.

Er bleek dat de poriënstructuren van RBSC afhankelijk waren van verschillende belangrijke variabelen die verband hielden met de mate van grafitisering, de grootte en de morfologie van de koolstofbronnen; deze variabelen hadden een enorme invloed op de reactieverschillen van de koolstof ten opzichte van de siliciumsmelt.

Hoge sterkte

Siliciumcarbide is een uiterst sterk en stijf materiaal dat hoge belastingen kan weerstaan zonder dat de structurele integriteit ervan wordt aangetast. Vanwege de lage dichtheid en de hoge specifieke stijfheid is siliciumcarbide een zeer geschikt materiaal voor toepassingen zoals ruimtetelescopen, waarbij rekening moet worden gehouden met gewichtsbeperkingen.

Door zijn chemische inertie is RB SiC bij uitstek geschikt voor toepassingen waarbij het in contact komt met agressieve chemicaliën. Bovendien zorgt zijn weerstand tegen temperatuurschokken ervoor dat het bestand is tegen plotselinge veranderingen in de omgevingsomstandigheden.

Om de buigsterkte en de elasticiteitsmodulus van RB SiC te verhogen, hebben we onderzocht hoe verschillende koolstofgehaltes de microstructuur ervan beïnvloeden. Door gebruik te maken van een composietprecursoroplossing van PF- en FA-precursoren konden we zowel het gehalte als de kristalliniteit van koolstof in onze poreuze voorvorm regelen, waardoor we RB SiC konden produceren met een hogere buigsterkte en elasticiteitsmodulus.

Hoge thermische geleidbaarheid

SiC heeft een zeer hoge thermische geleidbaarheid, met een geleidbaarheid van ongeveer 300 W/mK – waardoor RBSC een uitstekende keuze is voor toepassingen waarbij prestaties bij hoge temperaturen vereist zijn.

RBSC biedt een uitstekende weerstand tegen slijtage door schuring en erosie, waardoor het ideaal is voor veeleisende industriële omgevingen. Bovendien zorgt de lage thermische uitzettingscoëfficiënt ervoor dat het materiaal snelle temperatuurschommelingen kan doorstaan zonder dat dit ten koste gaat van de structurele integriteit.

De deeltjesgrootteverdeling van de grondstof die wordt gebruikt bij de bereiding van RBSC-voorvormen heeft een enorme invloed op de microstructuur en de fysische eigenschappen ervan, zoals de buigsterkte en de elasticiteitsmodulus. Een hoger gehalte aan roet leidt tot een verbeterde microstructuur met hogere waarden voor de buigsterkte en de elasticiteitsmodulus in eindproducten met een betere microstructuur.

Uitzetting bij lage temperaturen

Reactiegebonden SiC is geschikt voor toepassingen die bestand moeten zijn tegen hoge temperaturen en een uitstekend thermisch uitzettingsvermogen vereisen, wat wordt bereikt door het gebruik van roet en microsferisch grafiet in het fabricageproces. De samenstelling, structuur en eigenschappen van reactiegebonden SiC variëren afhankelijk van het koolstofgehalte, de verhouding, de morfologie en de vorm van de gebruikte koolstofbronnen.

Reactiebinding is een effectieve methode voor de productie van keramische materialen, zoals vuurvaste materialen, poreuze filterelementen en slijtonderdelen zoals mechanische afdichtingen en lagers.

RB SiC is een uiterst robuust en betrouwbaar materiaal dat in tal van omgevingen uitstekend presteert. Dankzij de lage thermische uitzettingscoëfficiënt is dit materiaal bij uitstek geschikt voor toepassingen waarbij nauwkeurige maatvastheid vereist is, zoals pompen, lagers en stromingsregelkleppen. Bovendien kan dit veelzijdige materiaal ook worden gebruikt voor de productie van onderdelen voor apparatuur voor de halfgeleiderproductie, zoals onderdelen voor de verwerking van wafers.

Lage wrijving

Reaction Bonded Silicon Carbide (RBSC) is een veelzijdig keramisch materiaal dat tot complexe vormen kan worden verwerkt voor professionele en industriële toepassingen. RBSC kenmerkt zich door een uitstekende slijtvastheid, een lage uitzettingscoëfficiënt, corrosiebestendigheid en uitmuntende elektrische eigenschappen.

RBSC wordt vervaardigd door poreuze siliciumcarbide-voorvormen te doordrenken met vloeibaar silicium. Hierdoor ontstaat een keramisch materiaal met een ondoordringbare structuur, dat bestand is tegen matig bijtende en zure vloeistoffen en tegen lichte koolwaterstoffen. Bovendien zorgen de ondoordringbare samenstelling en de oppervlaktestructuur voor minder wrijving, wat de levensduur van de componenten verlengt. Het materiaal is licht van gewicht en stijf, waardoor het geschikt is voor ruimtetelescopen waar gewichtsbeperkingen voor de lading gelden; het zeer maatvaste oppervlak vormt een bijkomende meerwaarde.

Hoge chemische bestendigheid

Reactiegebonden SiC is uiterst goed bestand tegen chemische corrosie, waardoor het ideaal is voor omgevingen waarin corrosieve materialen worden gebruikt. Bovendien zorgt de lage thermische uitzetting en de hoge sterkte ervoor dat het materiaal extreme temperaturen kan weerstaan.

Bij de reactiegebonden productie wordt gesmolten silicium geïnjecteerd in poreus koolstofmateriaal dat in de vorm van het gewenste onderdeel is gepakt, waar het vervolgens reageert met koolstofmoleculen om siliciumcarbide te vormen.

Uit onderzoek is gebleken dat de buigsterkte, de elasticiteitsmodulus en de porositeit van RBSC-keramiek afhankelijk zijn van de samenstelling en de verhouding van het koolstofbronmateriaal. Het bereiken van een redelijke gradatie, zowel wat betreft de koolstofbron als de morfologie, leidt tot een aanzienlijke verbetering van de prestaties; dit zorgt voor een gelijkmatige verdeling van vrije SiC-deeltjes binnen een dicht opeengepakte microstructuur en voor superieure eigenschappen van de eindproducten.