Gesinterd siliciumcarbide

Siliciumcarbide is een onvervangbaar structureel keramisch materiaal vanwege de uitzonderlijke sterkte en oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen, waardoor het onmisbaar is op het gebied van mechanische productie, ruimtevaarttechnologie en informatie-elektronica.

Bij reactiesinteren zijn de temperaturen laag en de sintertijden kort terwijl er vormen met een bijna netto grootte worden geproduceerd, maar het proces wordt beperkt door een ongelijkmatige dichtheidsverdeling, scheuren in gesinterde producten en onvoldoende siliciumpenetratie tijdens het sinterproces.

Sterkte bij hoge temperaturen

Siliciumcarbide is een extreem hard en taai keramisch materiaal dat bekend staat om zijn superieure sterkte bij hoge temperaturen, slijtvastheid en bestendigheid tegen chemische oxidatie. Dankzij deze eigenschappen wordt siliciumcarbide gebruikt in tal van industriële toepassingen, waaronder kerncentrales, ovens, straalmotoren, raketstraalpijpen en papierfabricage.

Eén manier om de mechanische eigenschappen van gesinterd siliciumcarbide bij hoge temperaturen te verbeteren is door additieven toe te voegen zoals aluminium, boor en koolstof (SiC-ABC) die de kruipweerstand verbeteren. Deze additieven veranderen de energieën van de korrelgrenzen en oppervlakken, terwijl ze de volumediffusiesnelheden verhogen en glasvorming bij de korrelgrenzen ontmoedigen.

Een andere manier om de mechanische eigenschappen te verbeteren is sinteren zonder druk, waarbij SiC-poedercompacts worden gesinterd zonder externe druk uit te oefenen. Het voordeel van deze methode is dat de dichtheidsvariaties die veroorzaakt worden door traditionele sintermethoden met warm persen en die resulteren in aanzienlijke dimensionale veranderingen en verminderde productkwaliteit, worden geëlimineerd.

Corrosiebestendigheid op hoge temperatuur

Siliciumcarbide vertoont een uitstekende weerstand tegen chemische corrosie in een groot aantal omgevingen tot 1700 graden Celsius, zoals droge zuurstof, hete gasvormige dampen en vloeibare zouten en metalen, maar ook gesmolten zouten en koolasslakken.

Gesinterd siliciumcarbide biedt een uitstekende weerstand tegen corrosie dankzij de structuur en oppervlaktekwaliteit. Dit materiaal heeft een sterke weerstand tegen erosie (glijden), mechanische sterkte, thermische schokken en slijtage.

Het op hoge temperatuur gesinterde siliciumcarbide materiaal XICAR (ook wel Hexoloy SE alternatief genoemd) heeft bewezen zeer goed bestand te zijn tegen chemische corrosie in zure omgevingen zoals geconcentreerd HCl en HNO3, waarbij preparaten behandeld met Y2O3 een hogere weerstand hebben dan preparaten die MgO sinterhulpmiddel gebruiken.

Reactiegebonden gesinterd siliciumcarbide, ook wel zelfbindend siliciumcarbide genoemd, wordt geproduceerd door een koolstofhoudend poreus keramisch lichaam te laten reageren met vloeibaar silicium. Dit mengsel infiltreert in het keramische lichaam, reageert met grafiet om b-SiC te vormen en combineert dan met bestaande a-SiC deeltjes om volledige dichtheid reactie gesinterd siliciumcarbide te vormen met verschillende vormen die door dit proces beschikbaar zijn.

Hoge sterkte

Siliciumcarbide is een van de sterkste keramische materialen. Met zijn superieure sterkte bij hoge temperaturen en weerstand tegen oxidatie is siliciumcarbide een uitstekend materiaal voor veel industriële toepassingen.

Siliciumcarbide keramiek kan doorgaans worden vervaardigd via drukloze gesinterde of reactiegebonden productieprocessen, en Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories biedt beide types aan om te voldoen aan een reeks eindtoepassingen.

Drukloos gesinterd siliciumcarbide wordt geproduceerd door fijn SiC-poeder te combineren met niet-oxide sinterhulpmiddelen en het te sinteren bij temperaturen boven 2000gC in een inerte atmosfeer. Hierdoor ontstaat materiaal met een hoge dichtheid en superieure oxidatieweerstand, corrosiebestendigheid en mechanische eigenschappen.

Reactie sinteren is een opkomend proces voor het produceren van siliciumcarbide (SiC) keramiek en biedt voordelen zoals dichte structuren, lagere verwerkingstemperaturen, vormbaarheid, lage kosten en hogere zuiverheid. Helaas blijft de buigsterkte echter ver achter bij die van standaard gesinterd SiC vanwege de resterende koolstof (Si) in de microstructuur.

Hoge taaiheid

Gesinterde siliciumcarbide keramiek is een van de hardste en sterkste keramische materialen en blijft ook sterk bij extreem hoge temperaturen - waardoor het een uitstekende keuze is voor toepassingen waarbij bestendigheid tegen hoge temperaturen essentieel is.

SSIC vertoont een vrijwel constante sterkte over een breed temperatuurbereik en behoudt zijn taaiheid zelfs onder intense druk, waardoor het een zeer populaire materiaalkeuze is voor hoogwaardige pomponderdelen en andere essentiële apparatuuronderdelen.

SSIC's worden geproduceerd met behulp van conventionele keramische vervormingstechnieken. Nadat ze in de gewenste vorm zijn gebracht, worden SSIC's gesinterd onder hoge temperatuur en druk in een inerte gasatmosfeer.

Sinteren kan worden onderverdeeld in twee verschillende fasen, sinteren in de vaste fase en sinteren in de vloeibare fase. Bij sinteren in de vaste fase moeten C en B worden toegevoegd als sinterhulpmiddelen om de energie van de korrelgrenzen van SiC-keramiek te verlagen, terwijl bij sinteren in de vloeibare fase een of meer elementaire eutectische oxiden (zoals Y2O3) als hulpstof worden gebruikt, waardoor een elektrolytische fase ontstaat met beweging, diffusie en massaoverdracht tussen silicadeeltjes om de materiaaldichtheid te verdichten.