Spekaný karbid kremíka

Karbid kremíka je jedným z najtvrdších keramických materiálov, ktorý sa vyznačuje mimoriadne vysokou pevnosťou a tepelnou vodivosťou. Okrem toho je vďaka svojej odolnosti voči oxidácii a korózii vhodný do prostredia s vysokými teplotami.

Reakčne spájaný SiC má hrubé zrná a nízku odolnosť proti korózii, zatiaľ čo priamo spekaný SiC je hustejší a ponúka lepší výkon pri vysokých teplotách. Pri beztlakovom spekaní sa používa veľmi jemný prášok SiC s neoxidovými spekanými prísadami na výrobu hustého materiálu s vynikajúcimi fyzikálnymi vlastnosťami.

Tvrdosť

Karbid kremíka je jedným z najtvrdších bežných brúsnych materiálov, na Mohsovej stupnici tvrdosti má hodnotu 9,5, čo je blízko hodnoty 10, ktorú má diamant. Táto tvrdosť mu zaručuje vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu aj pri zvýšených teplotách; chemikálie, soli, kyseliny a zásady nepredstavujú veľkú hrozbu; odolnosť proti tepelným šokom je dobrá; navyše jeho hmotnosť je o polovicu nižšia ako hmotnosť ocele!

Spekanie v kvapalnej fáze má oproti iným procesom výhody vrátane nízkych teplôt spracovania a dobrej tvarovej schopnosti. Okrem toho je vďaka svojej plnej hustote a vynikajúcim mechanickým vlastnostiam vhodný na abrazívne obrábanie, brúsenie a leštenie, ako aj na rezanie, vŕtanie, leptanie a frézovanie.

Spekaný SiC sa vďaka svojej výnimočnej chemickej stabilite, teplotnej odolnosti, nízkej hustote, pevnosti, odolnosti proti opotrebovaniu a nízkej aktivačnej energii široko využíva na výrobu súčiastok polovodičových zariadení, laserov a konštrukčných aplikácií fúznych reaktorov. K dispozícii sú reakčne spájané aj priamo spekané triedy SiC; reakčne spájané triedy zvyčajne ponúkajú nižšie náklady s hrubším zrnom pre nižšiu nárazovú a tepelnú prácu, zatiaľ čo priamo spekané triedy ponúkajú vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu pri zvýšených teplotách s jemnejším zrnom, ktoré ponúka väčšiu odolnosť proti opotrebovaniu pri zvýšených teplotách. Triedy s reakčným lepením, ktoré majú hrubšie zrno s jemnejšími zrnami, sa zvyčajne špecifikujú ako častejšie používané. Pre väčšiu tvrdosť pri pracovných podmienkach práce ako vysokoteplotných aplikáciách alebo práci požadovaných ako Priamo spekané typy používané z dôvodu vynikajúcej odolnosti proti opotrebeniu pri zvýšených teplotách častejšie špecifikované v porovnaní pre použitie, resp. z dôvodu majúce vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu pri zvýšených teplotách sú požadované a tvrdosť sú uprednostňované pred keď sú špecifikované ako buď Odmietnutie môže použitie sú uprednostňované z dôvodu majúce vynikajúcu odolnosť proti opotrebeniu/tvrdosť pri zvýšených pracovných prácach častejšie špecifikované priamo Sintrované typy keď sú špecifikované s priamo spekanými triedami môžu potrebovať obe možnosti sú špecifikované a tvrdosť poskytuje častejšie používané tak.

Sila

Karbid kremíka je mimoriadne pevný žiaruvzdorný keramický materiál s vynikajúcou tvrdosťou, pevnosťou pri vysokých teplotách a odolnosťou proti chemickej korózii - vlastnosti, ktoré z neho robia jeden z najuniverzálnejších žiaruvzdorných materiálov na svete, ktorý sa využíva v rôznych priemyselných aplikáciách.

Spekanie lisovaním za tepla je jednou zo základných metód výroby keramiky SiC. Pri tejto technike sa využíva extrémne jemný prášok karbidu kremíka zmiešaný so spekanými prísadami, ktorý sa zhutňuje tradičnými metódami tvarovania keramiky, ako je izostatický lis, lisovanie pod tlakom alebo vstrekovanie, aby sa vytvorili husté štruktúry pozostávajúce z drobných častíc, ktoré zabezpečujú pevnosť.

Beztlakové spekanie SiC v kvapalnej fáze (LPPSiC) je ďalšou technikou zhutňovania SiC. V tomto prípade sa do zeleného telesa z častíc a-SiC zavádza tekutý kremík alebo zliatina kremíka, čím sa vytvorí b-SiC, ktorý reaguje a spája sa s existujúcimi časticami a-SiC, čím sa zhutní a zhustí teleso ako celok.

Reakčne spekaný karbid kremíka má vynikajúcu tvarovú schopnosť pre zložité tvary, nízke teploty spracovania a úrovne čistoty; jeho mechanické vlastnosti, ako napríklad pevnosť v ohybe, sú nižšie ako u bežne spekaného karbidu kremíka; na zvýšenie tejto vlastnosti je potrebné kontrolovať veľkosť zvyškového Si reguláciou veľkosti častíc pod 100 nm - tento úspech znamená veľký úspech pri zvyšovaní pevnosti keramiky LSiC.

Odolnosť proti korózii

Karbid kremíka sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou proti korózii a odoláva teplotám až do 1900 °C, takže je vhodný na aplikácie, kde by chemické a tepelné šoky mohli poškodiť komponenty.

Korózia v keramike vzniká v dôsledku tvorby vrstvy oxidu na jej povrchu, zvyčajne oxidu kremičitého alebo kremičitanového, v závislosti od faktorov, ako sú vplyv prostredia, nečistoty, pomocné látky pri spekaní, fázy na hranici zŕn a reakcie, ktoré nastali krátko po nich. To vedie k veľkým rozdielom v koróznom správaní materiálov z karbidu kremíka a nitridu kremíka.

Keďže pri navrhovaní materiálov na použitie v korozívnom prostredí sa v prvom rade zohľadňuje miera prežitia (meraná ako miera ústupu v korozívnom prostredí) a mechanická pevnosť (pevnosť v C-krúžku alebo pevnosť v štvorbodovom ohybe), korózia zvyšuje povrchové chyby, ktoré časom oslabujú ich pevnosť a znižujú ich mechanickú životnosť.

Spekaný karbid kremíka je vynikajúcou voľbou na použitie v náročných podmienkach vďaka kombinácii vysokej pevnosti a odolnosti proti opotrebovaniu, nízkej špecifickej hustote a vynikajúcim tribologickým vlastnostiam. Často sa používa v súčiastkach, ktoré musia odolávať nárazovému zaťaženiu od ťažkých bremien, ako sú trysky na otryskávanie alebo ložiská pre klzné ložiská; okrem toho sa vo veľkej miere využíva pri výrobe bŕzd vystužených karbidom kremíka s uhlíkovými vláknami alebo pri výrobe nepriestrelných pancierov, pretože je odolný voči vysokým namáhaniam a teplotám.

Trvanlivosť

Spekaný karbid kremíka je extrémne tvrdý keramický materiál s vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu a ochranou proti korózii, čo z neho robí vynikajúci brúsny materiál. Možno ho nájsť v brúsnych kotúčoch, kameňoch na honovanie, pieskovačoch a frézach na brúsenie alebo honovanie, ako aj v procesoch rezania vodným lúčom.

Chemická odolnosť tohto materiálu mu umožňuje odolávať dlhodobému pôsobeniu bežných anorganických kyselín, solí a lúhov bez toho, aby došlo k jeho degradácii. Okrem toho sa jeho odolnosť zvyšuje vďaka tesne uloženým kovalentným väzbám vytvoreným zo 4 atómov kremíka a 4 atómov uhlíka pri tvorbe tetraedrických koordinácií.

Spekaný SiC sa vytvára lisovaním a spekaním (zahrievaním) častíc práškového oxidu kremičitého. Spekanie umožňuje, aby sa tieto jednotlivé častice spojili do pevného celku s vysokou tvrdosťou a pevnosťou, ktorý je zároveň odolný voči oxidácii a korózii; okrem toho má väčšiu trvanlivosť ako väčšina typov keramiky.

Reakčne viazaný karbid kremíka, vyrábaný infiltráciou tekutého kremíka do poréznych grafitových alebo uhlíkových predliskov, má nižšiu pevnosť ako spekaný karbid kremíka, ale je vhodnejší vďaka nízkym teplotám spracovania, dobrej tvarovateľnosti a vyššej čistote. Komerčne dostupný reakčne spekaný karbid kremíka má pri izbovej teplote pevnosť v ohybe približne 300 MPa.

Reakčne spekaný karbid kremíka s bórovými alebo uhlíkovými spekanými pomocnými látkami má extrémne vysokú odolnosť proti tečeniu, ktorá sa dosahuje úpravou energií na hraniciach zŕn a povrchových energií, ako aj zvýšením objemovej difúzie na podporu zhutňovania a zhutňovania. To umožňuje, aby zrná zostali v priamom kryštalickom kontakte bez vytvárania štruktúr druhej fázy na hraniciach zŕn.