Спеченный карбид кремния

Карбид кремния - один из самых твердых керамических материалов, обладающий чрезвычайно высокой прочностью и теплопроводностью. Кроме того, его устойчивость к окислению и коррозии делает его пригодным для использования в высокотемпературных средах.

Реакционно связанный SiC имеет крупные зерна и низкую коррозионную стойкость, в то время как SiC прямого спекания обладает большей плотностью и улучшенными высокотемпературными характеристиками. При спекании без давления используется очень мелкий порошок SiC с неоксидными спекающими добавками для получения плотного материала с превосходными физическими свойствами.

Твердость

Карбид кремния - один из самых твердых абразивных материалов: его твердость по шкале Мооса составляет 9,5 балла, что близко к 10 баллам алмаза. Такая твердость обеспечивает ему отличную износостойкость даже при повышенных температурах; химические вещества, соли, кислоты и щелочи не представляют особой угрозы; хорошая устойчивость к тепловому удару; кроме того, его вес в два раза меньше веса стали!

Жидкофазное спекание имеет преимущества перед другими процессами, включая низкие температуры обработки и хорошую способность к формообразованию. Кроме того, полная плотность и превосходные механические свойства делают его пригодным для абразивной обработки, шлифовки и полировки, а также для резки, сверления, травления и фрезерования.

Спеченный SiC широко используется для изготовления деталей полупроводникового оборудования, лазеров и конструкций термоядерных реакторов благодаря своей исключительной химической стабильности, термостойкости, низкой плотности, прочности, износостойкости и низкой энергии активации. Доступны как реакционно связанные, так и прямо спеченные марки SiC; реакционно связанные марки обычно предлагают более низкую стоимость с более крупным зерном для снижения ударной и тепловой нагрузки, в то время как прямо спеченные марки предлагают превосходную износостойкость при повышенных температурах с более мелким зерном, которое обеспечивает большую износостойкость при повышенных температурах. Марки с реакционной связкой, имеющие более крупное зерно с более мелким размером, обычно используются чаще. Для большей твердости в рабочих условиях, чем высокотемпературные приложения или работы, требуемые, чем Прямые спеченные типы используются из-за превосходной износостойкости при повышенных температурах чаще указываются по сравнению с для использования, соответственно из-за наличия превосходной износостойкости при повышенных температурах желательны и твердость предпочтительнее, чем когда указано, чем либо Отклонение может использовать предпочитаются из-за наличия превосходной износостойкости / твердости при повышенных рабочих работ чаще указывается непосредственно Sinted типов при указании с прямым спеченных марок может потребоваться оба варианта указываются и твердость обеспечивается чаще используется так.

Прочность

Карбид кремния - чрезвычайно прочный огнеупорный керамический материал, обладающий превосходной твердостью, высокотемпературной прочностью и устойчивостью к химической коррозии. Эти свойства делают его одним из самых универсальных огнеупоров в мире, используемых в различных областях промышленности.

Спекание горячим прессованием - один из основных методов производства SiC-керамики. В этой технологии используется чрезвычайно мелкий порошок карбида кремния, смешанный со спекающими добавками, который уплотняется с помощью традиционных методов формования керамики, таких как изостатический пресс, прессование или инжекция, для получения плотных структур, состоящих из мельчайших частиц, которые обеспечивают прочность.

Жидкофазное спекание SiC без давления (LPPSiC) - еще одна технология уплотнения SiC. Здесь жидкий кремний или кремниевый сплав вводится в зеленое тело частиц a-SiC для образования b-SiC, который вступает в реакцию и соединяется с существующими частицами a-SiC для их уплотнения и уплотнения тела в целом.

Реакционно спеченный карбид кремния обладает отличной способностью к формообразованию сложных форм, низкими температурами обработки и уровнем чистоты; его механические свойства, такие как прочность на изгиб, ниже, чем у обычного спеченного карбида кремния; для повышения этого свойства необходимо контролировать остаточные размеры Si, контролируя размеры частиц менее 100 нм - это достижение знаменует собой большой успех в повышении прочности керамики LSiC.

Устойчивость к коррозии

Карбид кремния обладает превосходной коррозионной стойкостью и может выдерживать температуру до 1 900 градусов Цельсия, что делает его пригодным для применения в тех областях, где химические и тепловые удары могут повредить компоненты.

Коррозия в керамике возникает в результате образования на ее поверхности оксидного слоя, обычно кремнеземного или силикатного, в зависимости от таких факторов, как воздействие окружающей среды, примеси, спекание, зернограничные фазы и реакции, происходящие вскоре после этого. Это приводит к значительным различиям в коррозионном поведении материалов из карбида и нитрида кремния.

Поскольку при разработке материалов для использования в агрессивных средах основными задачами являются выживаемость (измеряемая как скорость спада в коррозионной среде) и механическая прочность (прочность на изгиб по С-образному кольцу или в четырех точках), коррозия увеличивает поверхностные дефекты, которые со временем ослабляют прочность и снижают механический срок службы.

Спеченный карбид кремния - отличный выбор для использования в жестких условиях благодаря сочетанию высокой прочности и износостойкости, низкой удельной плотности и отличных трибологических свойств. Он часто используется в компонентах, которые должны выдерживать ударные нагрузки от тяжелых грузов, например, в соплах для взрывных работ или подшипниках скольжения; кроме того, он широко применяется в тормозах из карбида кремния, армированного углеродным волокном, или в производстве пуленепробиваемой брони, поскольку устойчив к высоким нагрузкам и температурам.

Долговечность

Спеченный карбид кремния - это чрезвычайно твердый керамический материал с превосходной износостойкостью и антикоррозийными свойствами, что делает его отличным абразивным материалом. Его можно найти в шлифовальных кругах, точилах для процессов хонингования, пескоструйных аппаратах и водоструйных резаках для шлифования или хонингования, а также в процессах гидроабразивной резки.

Химическая стойкость этого материала позволяет ему выдерживать длительное воздействие обычных неорганических кислот, солей и щелочей, не подвергаясь разрушению. Кроме того, его прочность повышается за счет плотно упакованных ковалентных связей, образованных из 4 атомов кремния и 4 атомов углерода при формировании тетраэдрической координации.

Спеченный SiC создается путем прессования и спекания (нагревания) частиц порошка диоксида кремния. Спекание позволяет этим отдельным частицам сплавиться вместе в цельный кусок с высокой твердостью и прочностью, который также устойчив к окислению и коррозии; кроме того, он обладает большей долговечностью, чем большинство видов керамики.

Реакционно спеченный карбид кремния, получаемый путем инфильтрации жидкого кремния в пористые графитовые или углеродные преформы, обладает меньшей прочностью, чем спеченный карбид кремния, но является более подходящим благодаря низким температурам обработки, хорошей формуемости и большей чистоте. Коммерческий карбид кремния, спеченный реакционным способом, имеет прочность на изгиб при комнатной температуре около 300 МПа.

Реакционно спеченный карбид кремния с добавками бора или углерода для спекания обладает чрезвычайно высоким сопротивлением ползучести, что достигается за счет изменения энергии границ зерен и поверхностной энергии, а также увеличения скорости объемной диффузии для содействия уплотнению и денсификации. Это позволяет зернам оставаться в прямом кристаллическом контакте без образования второфазных структур на границах зерен.