Reaktionsbunden kiselkarbid

Reaktionsbunden kiselkarbid (RBSC) är ett exceptionellt hårt och starkt keramiskt material med överlägsen mekanisk styrka, slagtålighet, kemisk stabilitet och formbarhet, vilket gör det lämpligt för olika tillämpningar.

RB-SiC har lägre hårdhet jämfört med sintrad kiselkarbid men är enklare och billigare att tillverka, samtidigt som den har utmärkta egenskaper för motstånd mot termisk chock.

Fysikaliska egenskaper

I RMI-processen används a-SiC-partiklar som införlivas i en porös kolförform (G0), innan de infiltreras med flytande kisel för att uppnå reaktionsbunden kiselkarbid. Tyvärr kan dock flytande kisel få porerna att täppas till på grund av infiltrationsprocessen och därför användes i denna studie flerfasigt kol som ett motgift mot detta problem och för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos RB-SiC.

Flerfasigt kol bestod av fin amorf kimrök och grovt mikrosfäriskt kol. När det infiltreras med flytande kisel förbrukas det mikrosfäriska kolet medan det amorfa kolet kan fly porerna för att förhindra att porfyllnadsreaktioner täpper till dem - när det observerades på provkropparna P10F90, P20F80 och P30F70 fanns den karakteristiska toppen inte närvarande, vilket tyder på att flerfaskolet hjälpte till att undvika detta problem och förbättra böjhållfastheten när infiltrationstemperaturen och blötläggningstiden ökade.

Mekaniska egenskaper

RB-kiselkarbid tillverkas genom att smält kisel infiltreras i en porös kol- eller grafitförform, där det reagerar med kolet och bildar SiC och skapar ett enastående slitage-, slag- och kemikaliebeständigt keramiskt material som finns i olika former och storlekar, allt från enkla kon- och hylsformer till större konstruerade delar för gruv- eller processindustrin.

Sammansättningen av en kompositprekursor, särskilt dess förhållande mellan PF och FA, påverkar reaktionshastigheten mellan kol och flytande kisel under pyrolys vid hög temperatur. Flerfasigt kol förbättrar penetrationen av flytande kisel genom porer i porösa förformar; graderade kolkällor hjälper till att kontrollera både innehållet av b-SiC och fritt kisel.

Böjhållfastheten och elasticitetsmodulen hos RB-kiselkarbid kan ökas väsentligt genom noggrann sortering av kolkällan, eftersom man eliminerar släta svarta och vita blockkornytor som orsakar intergranulära brott vid böjning.

Termiska egenskaper

De termiska egenskaperna hos kiselkarbidkeramik med reaktionsbindning beror på typen av bindning och hur stor den är. Reaktionsbunden kiselkarbid (RBSC), infiltrerad med metalliska kiselpartiklar, infiltreras i kol- eller grafitförformar som inte krymper under denna process; delar med mycket exakta dimensioner kan därmed skapas.

Efter att ha infiltrerats med RBSC utsätts den för högtemperaturnitrering vid höga temperaturer. Detta omvandlar metalliskt kisel till SiC-nitrid och fyller eventuella återstående porutrymmen med kiselkarbidnätverksmaterial. XRD visar att denna form innehåller diamant, a-SiC, b-SiC, Si och SiO2, medan SEM visar grafitskikt samt amorft kol.

På grund av grafitskiktet uppvisar RBSC lägre k-värden än sintrad SiC, men överträffar ändå NSIC. Dessutom överträffade den avsevärt SiO2-baserade keramer när det gäller korrosionsbeständighet, motståndskraft mot höga temperaturer, motståndskraft mot termisk chock och absorptionskapacitet för termisk chock.

Elektriska egenskaper

Reaktionsbunden kiselkarbid har utmärkta elektriska egenskaper, t.ex. låg specifik resistans och hög värmeledningsförmåga. Dessa egenskaper gör det till ett utmärkt materialval för elektriska värmeelement. Dessutom gör dess kemiska inertitet och motståndskraft mot oxidation det lämpligt för ugnstermoelement, brännarspetsar, kontrollstenar och mufflar i ugnar; dess överlägsna motståndskraft mot termisk chock gör det också lämpligt som möbler i ugnar.

Reaktionsbunden SiC kan skapas genom processen att blanda finfördelade intima blandningar av kisel och kol med mjukgörare, sedan forma och bränna bort mjukgöraren innan den infiltreras med flytande eller gasformigt kisel. Denna reaktion gör att kisel kan bindas med kol för att producera mer kiselkarbid som sedan reagerar med ursprunglig kiselkarbid för att bilda komposit bestående av a-SiC, b-SiC och kvarvarande Si.

Vid infiltrationstiden hävdas det att a-SiC-granulat och b-SiC som bildas under reaktionen är jämnt fördelade över den porösa förformen utan klumpar, vilket sannolikt beror på att kapillärkanalerna inte blockeras av nybildade b-SiC-partiklar.