Sinterlenmiş Silisyum Karbür

Silisyum karbür, son derece yüksek mukavemet ve termal iletkenliğe sahip en sert seramik malzemelerden biridir. Ayrıca, oksidasyon ve korozyona karşı direnci onu yüksek sıcaklıklı ortamlar için uygun hale getirir.

Reaksiyonla bağlanmış SiC iri tanelere ve düşük korozyon direncine sahipken, doğrudan sinterlenmiş SiC daha yoğundur ve gelişmiş yüksek sıcaklık performansı sunar. Basınçsız sinterleme, mükemmel fiziksel özelliklere sahip yoğun malzeme üretmek için oksit içermeyen sinterleme katkı maddeleri ile çok ince SiC tozu kullanır.

Sertlik

Silisyum karbür en sert aşındırıcı malzemelerden biridir ve Mohs'un sertlik ölçeğinde 9,5’tir - elmasın 10'luk derecesine yakındır. Bu sertlik ona yüksek sıcaklıklarda bile mükemmel aşınma direnci sağlar; kimyasallar, tuzlar, asitler ve alkaliler fazla tehdit oluşturmaz; termal şok direnci iyidir; ayrıca ağırlığı çeliğin yarısı kadardır!

Sıvı faz sinterleme, düşük işleme sıcaklıkları ve iyi şekil verme kabiliyeti dahil olmak üzere diğer işlemlere göre avantajlar sunar. Ayrıca, tam yoğunluğu ve üstün mekanik özellikleri onu aşındırıcı işleme, taşlama ve parlatmanın yanı sıra kesme, delme, aşındırma ve frezeleme uygulamaları için uygun hale getirir.

Sinterlenmiş SiC, olağanüstü kimyasal kararlılığı, sıcaklık direnci, düşük yoğunluğu, mukavemeti, aşınma direnci ve düşük aktivasyon enerjisi nedeniyle yarı iletken üretim ekipmanı parçaları, lazerler ve füzyon reaktörü yapısal uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Hem reaksiyon bağlı hem de doğrudan sinterlenmiş SiC kaliteleri mevcuttur; reaksiyon bağlı kaliteler tipik olarak daha düşük darbe ve ısı çalışması için daha kaba taneciklerle daha düşük maliyetler sunarken, doğrudan sinterlenmiş kaliteler yüksek sıcaklıklarda daha fazla aşınma direnci sunan daha ince taneciklerle yüksek sıcaklıklarda üstün aşınma direnci sunar. Daha iri taneli, daha ince tane boyutlarına sahip Reaksiyon Bağlantılı kaliteler tipik olarak daha sık kullanılır. İş koşullarında yüksek sıcaklık uygulama uygulamalarından veya doğrudan sinterlenmiş tiplerden daha fazla sertlik için, yüksek sıcaklıklarda üstün aşınma direnci nedeniyle kullanılan doğrudan sinterlenmiş tipler, kullanım için karşılaştırıldığında daha yaygın olarak belirtilir, sırasıyla yüksek sıcaklıklarda üstün aşınma direncine sahip olması nedeniyle istenir ve sertlik, belirtildiğinde her ikisinden de daha fazla tercih edilir Reddetme, yüksek işlerde üstün aşınma direncine / sertliğine sahip olması nedeniyle tercih edilir, daha yaygın olarak doğrudan belirtilir Doğrudan sinterlenmiş kalitelerle belirtildiğinde Sinterlenmiş tipler, her iki seçeneğin de belirtilmesine ve sertliğin daha sık kullanılmasına ihtiyaç duyabilir.

Güç

Silisyum karbür, üstün sertlik, yüksek sıcaklık dayanımı ve kimyasal korozyon direncine sahip son derece güçlü bir refrakter seramik malzemedir - bu özellikler onu dünyanın en çok yönlü refrakterlerinden biri haline getirir ve çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılır.

Sıcak presleme sinterleme, SiC seramikler için birincil üretim yöntemlerinden biridir. Bu teknik, mukavemet sağlayan küçük parçacıklardan oluşan yoğun yapılar üretmek için izostatik pres, kalıp presleme veya enjeksiyon gibi geleneksel seramik şekillendirme yöntemleri kullanılarak sıkıştırılan sinterleme katkı maddeleri ile karıştırılmış son derece ince silisyum karbür tozu kullanır.

SiC'nin Sıvı Faz Basınçsız Sinterlenmesi (LPPSiC), SiC için bir başka yoğunlaştırma tekniğidir. Burada, sıvı silikon veya silikon alaşımı, mevcut a-SiC partikülleriyle reaksiyona girip bağlanarak onları yoğunlaştıran ve gövdeyi bir bütün olarak yoğunlaştıran b-SiC'yi oluşturmak için yeşil bir a-SiC partikülleri gövdesine eklenir.

Reaksiyon sinterlenmiş silisyum karbür karmaşık şekiller, düşük işleme sıcaklıkları ve saflık seviyeleri için mükemmel şekil kabiliyetine sahiptir; eğilme mukavemeti gibi mekanik özellikleri normal sinterlenmiş silisyum karbürden daha düşüktür; bu özelliği arttırmak için partikül boyutlarını 100nm'nin altında kontrol ederek artık Si boyutlarını kontrol etmek gerekir - bu başarı LSiC seramiklerinin mukavemetini arttırmada büyük bir başarıya işaret eder.

Korozyon Direnci

Silisyum karbür mükemmel korozyon direncine sahiptir ve 1.900 ° C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilir, bu da onu kimyasal ve termal şokların bileşenlere zarar verebileceği uygulamalar için uygun hale getirir.

Seramiklerde korozyon, çevresel maruziyet, safsızlıklar, sinterleme yardımcıları, tane sınırı fazları ve kısa bir süre sonra meydana gelen reaksiyonlar gibi faktörlere bağlı olarak yüzeylerinde genellikle silika veya silikat olmak üzere bir oksit tabakasının oluşması sonucu meydana gelir. Bu durum, silisyum karbür ve silisyum nitrür malzemelerin korozyon davranışlarında büyük farklılıklara yol açmaktadır.

Korozif ortamlarda kullanılmak üzere malzeme tasarlarken öncelikli kaygılar hayatta kalma oranı (korozif ortamda durgunluk oranı olarak ölçülür) ve mekanik mukavemet (C halkası veya dört nokta bükülme mukavemeti) olduğundan, korozyon yüzey kusurlarını artırarak zamanla mukavemetini zayıflatır ve mekanik ömrünü azaltır.

Sinterlenmiş silisyum karbür, yüksek mukavemet ve aşınma direnci, düşük özgül yoğunluk ve mükemmel tribolojik özelliklerin kombinasyonu nedeniyle zorlu ortamlarda kullanım için mükemmel bir seçimdir. Genellikle patlatma nozulları veya kayar yataklar için rulmanlar gibi ağır yüklerden kaynaklanan darbe yüklerine dayanması gereken bileşenlerde kullanılır; ayrıca yüksek gerilimlere ve sıcaklıklara dayanıklı olduğu için karbon fiber takviyeli silikon karbür frenlerde veya kurşun geçirmez zırh üretiminde yaygın olarak kullanılır.

Dayanıklılık

Sinterlenmiş silisyum karbür, üstün aşınma direnci ve korozyon koruma özelliklerine sahip son derece sert bir seramik malzemedir ve bu da onu mükemmel bir aşındırıcı malzeme haline getirir. Taşlama taşlarında, honlama işlemleri için bilyelerde, kumlama makinelerinde ve taşlama veya honlama uygulamaları için su jeti kesicilerde ve ayrıca su jeti kesme işlemlerinde bulunabilir.

Bu malzemenin kimyasal direnci, bozulma yaşamadan yaygın inorganik asitlere, tuzlara ve alkalilere uzun süre maruz kalmaya dayanmasını sağlar. Ayrıca, tetrahedral koordinasyon oluşumunda 4 silikon ve 4 karbon atomundan oluşan sıkıca paketlenmiş kovalent bağlar sayesinde dayanıklılığı artar.

Sinterlenmiş SiC, silika tozu parçacıklarının birlikte preslenmesi ve sinterlenmesi (ısıtılması) ile oluşturulur. Sinterleme, bu ayrı parçacıkların yüksek sertlik ve mukavemete sahip, aynı zamanda oksidasyona ve korozyona dayanıklı katı bir parça halinde birleşmesini sağlar; ayrıca çoğu seramik türünden daha fazla dayanıklılığa sahiptir.

Sıvı silikonun gözenekli grafit veya karbon preformlara sızmasıyla üretilen reaksiyona bağlı silisyum karbür, sinterlenmiş silisyum karbürden daha düşük mukavemet sunar, ancak düşük işleme sıcaklıkları, iyi şekillendirilebilirlik ve daha fazla saflık nedeniyle daha uygundur. Ticari reaksiyon sinterlenmiş silisyum karbür, yaklaşık 300 MPa oda sıcaklığında eğilme mukavemetine sahiptir.

Bor veya karbon sinterleme yardımcıları ile reaksiyon sinterlenmiş silisyum karbür, tane sınır enerjilerinin ve yüzey enerjilerinin modifikasyonlarının yanı sıra yoğunlaştırma ve yoğunlaştırmayı teşvik etmek için artan hacim difüzyon oranlarıyla elde edilen son derece yüksek sürünme direncine sahiptir. Bu, tanelerin tane sınırlarında ikinci faz yapıları oluşturmadan doğrudan kristal temas halinde kalmasını sağlar.