Reakcijsko vezan silicijev karbid

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSC) je izjemno trd in močan keramični material z izjemno mehansko trdnostjo, odpornostjo na udarce, kemijsko stabilnostjo in oblikovalnostjo, zato je primeren za različne aplikacije.

RB-SiC ima v primerjavi s sintranim silicijevim karbidom manjšo trdoto, vendar je njegova izdelava lažja in cenejša, hkrati pa se ponaša z odlično odpornostjo na toplotne udarce.

Fizikalne lastnosti

Pri postopku RMI se uporabljajo delci a-SiC, vgrajeni v porozno ogljikovo predobliko (G0), preden se infiltrirajo s tekočim silicijem, da se doseže reakcijsko vezan silicijev karbid. Žal pa lahko tekoči silicij zaradi postopka infiltracije povzroči zamašitev por, zato je bil v tej študiji uporabljen večfazni ogljik kot protistrup za to težavo in za izboljšanje mehanskih lastnosti RB-SiC.

Večfazni ogljik je bil sestavljen iz finih amorfnih saj in grobega mikrosferičnega ogljika. Pri infiltraciji s tekočim silicijem se mikrosferični ogljik porabi, amorfni ogljik pa se lahko izogne poram, da bi preprečil reakcije polnjenja por, ki bi jih zamašile - tako pri opazovanju na vzorcih P10F90, P20F80 in P30F70 ni bilo značilnega vrha, kar kaže, da se je večfazni ogljik izognil tej težavi in izboljšal upogibno trdnost, ko sta se temperatura infiltracije in čas namakanja povečala.

Mehanske lastnosti

Silicijev karbid RB se proizvaja z infiltriranjem staljenega silicija v porozno obliko iz ogljika ali grafita, kjer reagira z ogljikom in tvori SiC ter ustvarja izjemen keramični material, odporen proti obrabi, udarcem in kemikalijam, ki je na voljo v različnih oblikah in velikostih, od preprostih stožcev in tulcev do večjih inženirskih delov za rudarstvo ali predelovalno industrijo.

Sestava kompozitnega prekurzorja, zlasti razmerje med PF in FA, vpliva na hitrost reakcije med ogljikom in tekočim silicijem med visokotemperaturno pirolizo. Večfazni ogljik poveča prodiranje tekočega silicija skozi pore v poroznih predoblikah; stopnjevani viri ogljika pomagajo nadzorovati vsebnost b-SiC in prostega Si.

Upogibno trdnost in elastični modul silicijevega karbida RB je mogoče bistveno povečati s skrbnim razvrščanjem njegovega vira ogljika, saj se odpravijo gladke črne in bele površine zrn, ki povzročajo medkristalni lom med upogibanjem.

Toplotne lastnosti

Toplotne lastnosti reakcijsko vezane keramike iz silicijevega karbida so odvisne od vrste in deleža vezave. Reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSC), infiltriran s kovinskimi silicijevimi delci, infiltriranimi v ogljikove ali grafitne predoblike, ki se med tem postopkom ne krčijo; tako je mogoče izdelati dele z zelo natančnimi merami.

Po infiltraciji z RBSC je nato podvržen visokotemperaturnemu nitriranju pri visokih temperaturah. Pri tem se kovinski silicij spremeni v nitrid SiC, preostali prostori por pa se zapolnijo z mrežnim materialom iz silicijevega karbida. XRD kaže, da ta oblika vsebuje diamant, a-SiC, b-SiC, Si in SiO2, medtem ko SEM kaže plasti grafita in amorfni ogljik.

Zaradi prisotne grafitne plasti ima RBSC nižje vrednosti k od sintranega SiC, vendar prekaša vrednosti NSIC. Poleg tega je bistveno boljši od keramike na osnovi SiO2 glede korozijske odpornosti, odpornosti na visoke temperature, odpornosti na toplotne udarce in sposobnosti absorpcije toplotnih udarcev.

Električne lastnosti

Reakcijsko vezan silicijev karbid ima odlične električne lastnosti, kot sta nizka specifična upornost in visoka toplotna prevodnost. Zaradi teh lastnosti je odličen material za električne grelne elemente. Poleg tega je zaradi svoje kemične inertnosti in odpornosti proti oksidaciji primeren za termočlene peči, konice gorilnikov, kontrolne opeke in dušilce v pečeh; zaradi svoje izjemne odpornosti na toplotne udarce je primeren tudi za pohištvo v pečeh.

Reakcijsko vezani SiC je mogoče ustvariti s postopkom mešanja fino razdeljenih intimnih mešanic silicija in ogljika s plastifikatorjem, nato pa se plastifikator oblikuje in sežge, preden se infiltrira s tekočim ali plinastim silicijem. Ta reakcija omogoča, da se silicij veže z ogljikom, pri čemer nastane več silicijevega karbida, ki nato reagira s prvotnim silicijevim karbidom in tvori kompozit, sestavljen iz a-SiC, b-SiC in preostalega Si.

V času infiltracije so granule a-SiC in b-SiC, ki nastanejo med reakcijo, enakomerno razpršene po porozni predobliki brez grudic, kar je verjetno posledica kapilarnih kanalov, ki jih ne blokirajo novo nastali delci b-SiC.