Sintrad kiselkarbid

Kiselkarbid är ett oersättligt strukturellt keramiskt material på grund av dess exceptionella hållfasthet vid höga temperaturer och oxidationsbeständighet, vilket gör det oumbärligt inom mekanisk produktion, flygteknik och informationselektronik.

Reaktionssintring ger låga temperaturer och korta sintringstider samtidigt som den ger former som är nära nettostorlek, men begränsas av ojämn densitetsfördelning, sprickbildning i sintrade produkter och otillräcklig kiselpenetration under sintringsprocessen.

Hållfasthet vid höga temperaturer

Kiselkarbid är ett extremt hårt och segt keramiskt material som är känt för sin överlägsna hållfasthet vid höga temperaturer, slitstyrka och kemiska oxidationsbeständighet. På grund av dessa egenskaper används kiselkarbid i många industriella applikationer, t.ex. kärnkraftverk, ugnar, jetmotorer, raketmunstycken och papperstillverkning.

Ett sätt att förbättra de mekaniska högtemperaturegenskaperna hos sintrad kiselkarbid är att tillsätta additiv som aluminium, bor och kol (SiC-ABC) som förbättrar krypmotståndet. Dessa tillsatser förändrar energierna vid korngränserna och ytenergierna samtidigt som de ökar volymdiffusionshastigheten och motverkar glasbildning vid korngränserna.

Ett annat sätt att öka de mekaniska egenskaperna är trycklös sintring, vilket innebär att SiC-pulver sintras utan att något yttre tryck appliceras. Fördelen med denna metod är att den eliminerar de densitetsvariationer som orsakas av traditionella sintringsmetoder med varmpressning och som leder till betydande dimensionsförändringar och försämrad produktkvalitet - den skapar också densiteter som ligger närmare de teoretiska värdena än någonsin tidigare.

Korrosionsbeständighet vid höga temperaturer

Kiselkarbid uppvisar utmärkt kemisk korrosionsbeständighet i ett brett spektrum av miljöer upp till 1700 grader C, t.ex. torrt syre, heta gasformiga ångor och flytande salter och metaller samt smälta salter och slagg från kolaska.

Sintrad kiselkarbid erbjuder utmärkt korrosionsbeständighet tack vare sin struktur och ytkvalitet. Detta material har starkt motstånd mot erosion (glidning), mekanisk hållfasthet, termisk chock och slitage.

Det högtemperatursintrade kiselkarbidmaterialet XICAR (vanligen kallat Hexoloy SE-alternativet) har visat sig vara mycket motståndskraftigt mot kemisk korrosion i sura miljöer som koncentrerad HCl och HNO3, där provkroppar behandlade med Y2O3 har högre motståndskraft än de som använder MgO som sintringshjälpmedel.

Reaktionsbunden sintrad kiselkarbid, vanligen kallad självbindande kiselkarbid, framställs genom att en kolhaltig porös keramisk kropp reagerar med flytande kisel. Denna blandning infiltrerar den keramiska kroppen, reagerar med grafit för att bilda b-SiC och kombineras sedan med befintliga a-SiC-partiklar för att bilda reaktionssintrad kiselkarbid med full densitet med olika former som är tillgängliga genom denna process.

Hög hållfasthet

Kiselkarbid är ett av de starkaste keramiska materialen. Med överlägsen hållfasthet vid höga temperaturer och oxidationsbeständighet är kiselkarbid ett utmärkt materialval för användning i många industriella applikationer.

Kiselkarbidkeramik kan vanligtvis tillverkas genom antingen trycklös sintring eller reaktionsbunden tillverkning och Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories erbjuder båda typerna för att möta en rad olika slutanvändningsapplikationer.

Trycklös sintrad kiselkarbid produceras genom att kombinera finkornigt SiC-pulver med icke-oxidiska sintringshjälpmedel och sintra det vid temperaturer högre än 2000degC i en inert atmosfär, vilket ger material med hög densitet med överlägsen oxidationsbeständighet, korrosionsbeständighet och mekaniska egenskaper.

Reaktionssintring är en ny process för tillverkning av kiselkarbidkeramik (SiC) som erbjuder fördelar som täta strukturer, lägre bearbetningstemperaturer, formbarhet, låg kostnad och högre renhet. Tyvärr är dock böjhållfastheten långt ifrån lika hög som hos standardsintrad SiC på grund av kvarvarande kol (Si) i mikrostrukturen.

Hög seghet

Sintrad kiselkarbidkeramik är ett av de hårdaste och starkaste keramiska materialen, samtidigt som det förblir starkt vid extremt höga temperaturer - vilket gör det till ett utmärkt val för applikationer där hög temperaturbeständighet är avgörande.

SSIC uppvisar nästan konstant hållfasthet över ett brett temperaturområde och behåller sin seghet även under intensivt tryck, vilket gör det till ett mycket populärt materialval för högpresterande pumpkomponenter och andra viktiga utrustningsdelar.

SSIC tillverkas med hjälp av konventionella keramiska formningstekniker. Efter att ha formats till önskad form sintras SSIC under hög temperatur och högt tryck i en atmosfär av inert gas.

Sintring kan delas in i två distinkta faser, sintring i fast fas och sintring i vätskefas. Sintring i fast fas kräver tillsats av C och B som sintringshjälpmedel för att minska korngränsenergin hos SiC-keramik, medan vätskefas använder en eller flera eutektiska elementoxider (såsom Y2O3) som medel, vilket skapar en elektrolytisk fas med rörelse, diffusion och massöverföring mellan kiseldioxidpartiklar för att förtäta materialdensiteten.