Explorarea durabilității carburii de siliciu în medii dificile

Carbura de siliciu este un compus puternic format prin reacția chimică la temperatură ridicată dintre siliciu și carbon, cu o structură cristalină extrem de durabilă care îl face potrivit pentru utilizarea în medii dure.

Carbura de siliciu necesită controale de calitate stricte în timpul procesului de producție pentru a-i asigura longevitatea în medii de lucru dificile. Vom analiza ce factori influențează longevitatea acestuia.

Rezistența la coroziune

SiC este un material extrem de dur, dens, compus din diferite forme sau poltipuri de structură cristalină de carbură de siliciu cu atomi de carbon dispuși tetraedral pentru a constitui straturile sau poltipurile sale, producând structuri cu atomi de carbon dispuși tetraedral, legături între atomi de carbon dispuși sub formă de straturi sau poltipuri care îi creează calitățile unice de rezistență la coroziune. Carbura de siliciu sinterizată fără presiune (C/C-SiC) rezistă tuturor acizilor (clorhidric și sulfuric), solvenților bazici și mediilor oxidante precum acidul azotic, rămânând în același timp suficient de rezistentă la coroziune încât creuzetele solide din C/C-SiC sunt frecvent utilizate ca aplicații de căptușire a cuptoarelor.

Coroziunea materialelor SiC poate fi extrem de complexă, depinzând de mai mulți factori. Rezistența la coroziune a materialelor depinde de grosimea acestora și de adâncimea stratului de oxid care se dezvoltă în timpul proceselor de oxidare; în plus, mecanismele chimice și fizice responsabile de producerea celebrei rate parabolice de oxidare rămân incomplet înțelese.

Testele de coroziune pe termen lung sunt necesare pentru a evalua efectul mediilor corozive asupra rezistenței materialelor. Coroziunea pe termen lung poate crește defectele de suprafață care reduc rezistența și durabilitatea materialelor în timp.

Elkem a efectuat analize extinse ale sensibilității la coroziune a patru tipuri de îmbinări între plăci de SiC și SiC îmbinate folosind lipirea prin difuzie a metalelor cu un strat intermediar de molibden sau titan, sinterizarea prin reacție și sinterizarea nanoprafului de SiC. Toate probele au suportat teste hidrotermale de cinci săptămâni la temperaturi ridicate fără contaminare cu radiații în timpul testelor hidrotermale de cinci săptămâni la temperaturi ridicate.

Rezistența la expansiune termică

Carbura de siliciu (SiC) este un material sintetic extrem de dur, situat undeva pe scara Mohs între alumină (9), cu o medie de 9, și diamant (o medie de 10). SiC este utilizat ca abraziv și piese rezistente la uzură în aplicații mecanice; pentru căptușelile refractare ale cuptoarelor industriale și ale ceramicii; ca acoperiri refractare ale căptușelilor rezervoarelor de combustibil ale aeronavelor; ca căptușeli refractare în cuptoarele utilizate de industrie; și dispozitive electronice semiconductoare care funcționează la temperaturi ridicate.

Carbura de siliciu este un material ceramic termomecanic remarcabil, cu un coeficient scăzut de dilatare termică, care îi permite să își mențină forma și dimensiunea în timpul fluctuațiilor rapide de temperatură și să facă produsele care funcționează în medii extreme mai fiabile.

Carbura de siliciu are proprietăți mecanice excepționale și se mândrește cu o conductivitate termică ridicată, cu o gamă largă de temperaturi de funcționare, precum și cu o rezistență ridicată la coroziune și atac chimic, ceea ce o face potrivită pentru aplicații în medii dificile din industrii precum cea auto, aerospațială și electronică.

Această carte prezintă tehnologia microsistemelor bazate atât pe carbură de siliciu (SiC) masivă, cât și pe strat subțire, acoperind ascensiunea acesteia ca platformă esențială pentru microsistemele din medii dificile prin combinarea fabricării dispozitivelor electronice cu dispozitivele mecanice MEMS. Această carte investighează, de asemenea, dificultățile inerente combinării diferitelor procese și materiale în module de senzori utilizabile; în special nepotrivirea temperaturii între componente, precum și sensibilitatea la mediu a SiC sunt explorate pe larg, în timp ce se discută pe larg stadiul actual al tehnologiei SiC atât în ceea ce privește materialul masiv, cât și tehnologiile SiC cu strat subțire.

Rezistență la uzură

Carbura de tungsten (WC) este un aliaj important și versatil utilizat în mai multe aplicații, având duritate extremă, conductivitate ridicată, dilatare termică redusă și rezistență la coroziune. Carbura de tungsten este creată atunci când pulberea de tungsten pur este amestecată cu alte metale, cum ar fi carbonul, nichelul sau cobaltul, printr-un proces numit sinterizare; odată formată în forme pentru utilizări specifice prin presare și forjare, cel mai adesea unelte de tăiere. Durabilitatea extremă a tungstenului se extinde mult mai departe decât alte metale utilizate pentru unelte de tăiere; în plus, este adesea utilizat de unitățile militare care folosesc o tactică de atac numită bombardament cinetic, în care gloanțele trase direct împotriva inamicilor pentru a penetra protecția armurii și a penetra apărarea inamicului.

Carbura de tungsten (WC) este utilizată pe scară largă pentru ingineria de precizie datorită capacității sale de a rezista la viteze și presiuni foarte mari, având cel mai mare modul Young, cea mai dură suprafață, cea mai mică rată de dilatare termică și cea mai bună rezistență la uzură dintre toate metalele. În plus, ductilitatea foarte mare a WC îi permite să fie format în tije sau extrudat sub formă de sârmă, cum ar fi în becurile incandescente.

Carbura de tungsten este cunoscută ca fiind fragilă și susceptibilă de a se fisura sau rupe în cazul unor impacturi puternice, ceea ce o face mai predispusă la impacturi decât metalele prețioase precum aurul și platina. Cu toate acestea, rămâne popular utilizat în aplicații militare în care rezistența la șocuri este vitală, cum ar fi la instalația de testare a craterelor NCSU, care utilizează discuri tampon din carbură de tungsten pentru a absorbi impactul proiectilelor.

Conductivitate electrică

Combinația unică de proprietăți ceramice și semiconductoare ale carburii de siliciu face din aceasta un material foarte adaptabil, potrivit pentru utilizări industriale și electronice. Datorită acestor proprietăți, electronicele din carbură de siliciu pot funcționa chiar și în medii dificile, cu temperaturi ridicate și niveluri de tensiune care, de obicei, ar descalifica alte electronice să funcționeze corespunzător.

Din punct de vedere chimic, carbura de siliciu este un material incredibil de stabil. Rezistă la majoritatea acizilor (clorhidric, sulfuric și fluorhidric), sărurilor și alcalilor, cu excepția acidului sulfuric concentrat; în plus, nu reacționează cu apa, ceea ce îl face o alegere ideală pentru componentele care necesită expunere prelungită la lichide.

Carbura de siliciu oferă proprietăți electrice excelente datorită structurii sale atomice. Acesta cristalizează în structuri compacte care conțin straturi de carbon și siliciu legate covalent. Aceste straturi pot fi dispuse în diferite configurații numite polietipuri; fiecare polietip se distinge prin propria sa secvență de stivuire, dând naștere la diferite structuri cristaline, fiecare cu proprietăți unice.

Proprietățile multiple ale carburii de siliciu o plasează în fruntea inovațiilor tehnologice. Utilizarea în aplicații inginerești extreme și de înaltă performanță, cum ar fi rulmenți de pompe, supape, injectoare de sablare și matrițe de extrudare, precum și fabricarea de dispozitive semiconductoare care funcționează în medii extreme poate duce la îmbunătățiri semnificative în toate industriile.