SiC wiązany reakcyjnie - optymalna wydajność w ekstremalnych warunkach

Reaction Bonded SiC (RBSC) to gęsty materiał ceramiczny składający się z węglika krzemu i cząstek węgla. Wypalanie powoduje minimalne zmiany jego wymiarów, umożliwiając produkcję w kształcie zbliżonym do netto bez dodatkowych kosztów obróbki po wypalaniu.

Stwierdzono, że struktury porów RBSC zależą od kilku kluczowych zmiennych związanych ze stopniem grafityzacji, rozmiarem i morfologią źródeł węgla; ich wpływ na reaktywność węgla w stosunku do stopionego krzemu był ogromny.

Wysoka wytrzymałość

Węglik krzemu jest niezwykle wytrzymałym i sztywnym materiałem, który może wytrzymać wysokie poziomy naprężeń bez utraty integralności strukturalnej. Ze względu na niską gęstość i wysoką sztywność właściwą, węglik krzemu jest pożądanym materiałem w sytuacjach takich jak teleskopy kosmiczne, w których należy wziąć pod uwagę ograniczenia wagowe.

Obojętność chemiczna RB SiC czyni go idealnym do zastosowań, w których dochodzi do kontaktu z agresywnymi chemikaliami. Co więcej, jego odporność na szok temperaturowy pozwala mu wytrzymać nagłe zmiany warunków środowiskowych.

Aby zwiększyć wytrzymałość na zginanie i moduł sprężystości RB SiC, zbadaliśmy, jak różne zawartości węgla wpływają na jego mikrostrukturę. Stosując kompozytowy roztwór prekursorów PF i FA, byliśmy w stanie kontrolować zarówno zawartość, jak i krystaliczność węgla w naszej porowatej preformie, wytwarzając RB SiC o wyższej wytrzymałości na zginanie i właściwościach modułu sprężystości.

Wysoka przewodność cieplna

SiC charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną, z przybliżoną przewodnością 300 W/mK - dzięki czemu RBSC jest doskonałą opcją do zastosowań wymagających wysokiej temperatury.

RBSC charakteryzuje się doskonałą odpornością na zużycie ścierne i erozyjne, dzięki czemu idealnie nadaje się do wymagających środowisk przemysłowych. Co więcej, jego niski współczynnik rozszerzalności cieplnej umożliwia szybkie wahania temperatury bez uszczerbku dla integralności strukturalnej.

Rozkład wielkości cząstek surowca stosowanego do przygotowania preform RBSC ma ogromny wpływ na ich mikrostrukturę i właściwości fizyczne, takie jak wytrzymałość na zginanie i wartości modułu sprężystości. Zwiększenie zawartości sadzy skutkuje poprawą mikrostruktury z większą wytrzymałością na zginanie i wartościami modułu sprężystości w gotowych produktach o lepszej mikrostrukturze.

Rozszerzalność w niskich temperaturach

Reaction Bonded SiC oferuje zastosowania wymagające odporności na wysokie temperatury i wyjątkowej rozszerzalności cieplnej, osiągniętej dzięki zastosowaniu sadzy i mikrosferycznego grafitu w procesie produkcji. Skład, struktura i właściwości SiC wiązanego reakcyjnie różnią się w zależności od zawartości węgla, proporcji, morfologii i formy użytych źródeł węgla.

Spajanie reakcyjne zapewnia skuteczną metodę produkcji materiałów ceramicznych, takich jak materiały ogniotrwałe, porowate korpusy filtrów i elementy zużywające się, takie jak uszczelnienia mechaniczne i łożyska.

RB SiC to niezwykle wytrzymały i niezawodny materiał, który doskonale sprawdza się w wielu środowiskach. Ze względu na niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, materiał ten doskonale nadaje się do zastosowań wymagających precyzyjnej stabilności wymiarowej, takich jak pompy, łożyska i dławiki sterujące przepływem. Co więcej, ten wszechstronny materiał może być również wykorzystywany do produkcji komponentów do urządzeń do produkcji półprzewodników, takich jak elementy do obsługi płytek.

Niskie tarcie

Reaction Bonded Silicon Carbide (RBSC) to adaptowalny materiał ceramiczny, który można formować w skomplikowane kształty do zastosowań profesjonalnych i przemysłowych. RBSC charakteryzuje się doskonałą odpornością na zużycie i niskim współczynnikiem rozszerzalności, odpornością na korozję, a także wyjątkowymi właściwościami elektrycznymi.

RBSC jest wytwarzany poprzez infiltrację porowatych preform z węglika krzemu ciekłym krzemem. W ten sposób powstaje ceramika o nieprzepuszczalnej strukturze, odporna na umiarkowanie żrące i kwaśne płyny, a także lekkie węglowodory. Co więcej, jej nieprzepuszczalny skład i tekstura powierzchni zmniejszają tarcie, wydłużając żywotność komponentów, a jej lekkość i sztywność sprawiają, że nadaje się do teleskopów kosmicznych, w których istnieją ograniczenia masy ładunku; jej wysoce stabilna wymiarowo powierzchnia dodatkowo zwiększa wartość.

Wysoka odporność chemiczna

SiC wiązany reakcyjnie jest wysoce odporny na korozję chemiczną, dzięki czemu idealnie nadaje się do środowisk wykorzystujących materiały korozyjne. Co więcej, jego niska rozszerzalność cieplna i wytrzymałość pozwalają mu wytrzymać ekstremalne temperatury.

Produkcja wiązana reakcyjnie polega na wtryskiwaniu stopionego krzemu do porowatego materiału węglowego upakowanego w kształt pożądanej części, gdzie następnie reaguje on z cząsteczkami węgla, tworząc węglik krzemu.

Badania wykazały, że wytrzymałość na zginanie, moduł sprężystości i porowatość ceramiki RBSC zależą od zawartości i proporcji materiału węglowego. Osiągnięcie rozsądnej gradacji zarówno pod względem źródła węgla, jak i morfologii znacznie poprawia wydajność; zapewnia to równomierny rozkład wolnych cząstek sic w ściśle upakowanej mikrostrukturze i doskonałe właściwości produktów końcowych.