Silisyum Karbürün Zorlu Ortamlarda Dayanıklılığının Araştırılması

Silisyum karbür, silisyum ve karbon arasında yüksek sıcaklıkta gerçekleşen kimyasal reaksiyon sonucu oluşan güçlü bir bileşiktir ve son derece dayanıklı kristal yapısı sayesinde zorlu ortamlarda kullanıma uygundur.

Silisyum karbür, zorlu çalışma ortamlarında uzun ömürlü olmasını sağlamak için üretim sürecinde sıkı kalite kontrolleri gerektirir. Uzun ömürlülüğünü hangi faktörlerin etkilediğini keşfedeceğiz.

Korozyon Direnci

SiC, katmanlarını veya çoklu tiplerini oluşturmak için tetrahedral olarak düzenlenmiş karbon atomlarına sahip silisyum karbür kristal yapısının farklı formlarından veya çoklu tiplerinden oluşan son derece sert, yoğun bir malzemedir ve benzersiz korozyona dayanıklı niteliklerini oluşturan katmanlar veya çoklu tipler olarak düzenlenmiş karbon atomları arasında tetrahedral bağlar içeren yapılar üretir. Basınçsız sinterlenmiş silisyum karbür (C/C-SiC) tüm asitlere (hidroklorik ve sülfürik), baz çözücülere ve nitrik asit gibi oksitleyici ortamlara direnç gösterirken, C/C-SiC'den yapılmış katı potaların fırın astarı uygulamaları olarak sıklıkla kullanılmasını sağlayacak kadar korozyona dayanıklıdır.

SiC malzemelerin korozyonu, birden fazla faktöre bağlı olarak son derece karmaşık olabilir. Malzemelerin korozyon direnci, kalınlıklarına ve oksidasyon süreçleri sırasında gelişen oksit tabakasının derinliğine bağlıdır; ayrıca, ünlü parabolik oksidasyon hızının üretilmesinden sorumlu kimyasal ve fiziksel mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır.

Korozif ortamların malzeme mukavemeti üzerindeki etkisini değerlendirmek için uzun süreli korozyon testleri gereklidir. Uzun süreli korozyon, zaman içinde malzemelerin mukavemetini ve dayanıklılığını azaltan yüzey kusurlarını artırabilir.

Elkem, molibden veya titanyum ara katmanlı metal difüzyon yapıştırma, reaksiyon sinterleme ve SiC nanopowder sinterleme kullanılarak birleştirilen dört tip SiC - SiC plaka bağlantısının kapsamlı korozyon hassasiyeti analizlerini gerçekleştirdi. Tüm numuneler, yüksek sıcaklıkta beş haftalık hidrotermal testler sırasında radyasyon kontaminasyonu olmadan yüksek sıcaklıkta beş haftalık hidrotermal testlere dayanmıştır.

Termal Genleşme Direnci

Silisyum Karbür (SiC) son derece sert sentetik bir malzemedir ve Mohs ölçeğinde Alümina (ortalama 9) ile Elmas (ortalama 10) arasında bir yerde bulunur. SiC, mekanik uygulamalarda aşındırıcı ve aşınmaya dayanıklı parçalar olarak; endüstriyel fırınların ve seramiklerin refrakter astarlarında; uçak yakıt tankı astarlarında refrakter kaplamalar olarak; endüstri tarafından kullanılan fırınlarda refrakter astarlar olarak ve yüksek sıcaklıklarda çalışan yarı iletken elektronik cihazlarda kullanım alanı bulur.

Silisyum karbür, hızlı sıcaklık dalgalanmaları sırasında şeklini ve boyutunu korumasını ve aşırı ortamlarda çalışan ürünleri daha güvenilir hale getirmesini sağlayan düşük termal genleşme katsayısına sahip olağanüstü bir termomekanik seramik malzemedir.

Silisyum karbür olağanüstü mekanik özelliklere sahiptir ve geniş bir çalışma sıcaklığı aralığı ile mükemmel termal iletkenliğe sahiptir, ayrıca korozyona ve kimyasal saldırılara karşı oldukça dirençlidir, bu da onu otomotiv, havacılık ve elektronik gibi endüstrilerdeki zorlu ortam uygulamaları için uygun hale getirir.

Bu kitap, hem yığın hem de ince film silisyum karbür (SiC) tabanlı mikrosistem teknolojisini sunmakta ve elektronik cihaz üretimini mekanik MEMS cihazlarıyla birleştirerek zorlu ortam mikrosistemleri için temel bir platform olarak öne çıkmasını ele almaktadır. Bu kitap aynı zamanda çeşitli süreçleri ve malzemeleri kullanılabilir sensör modüllerinde birleştirmenin doğasında var olan zorlukları da incelemektedir; özellikle bileşenler arasındaki sıcaklık uyumsuzluğu ve SiC'nin çevresel hassasiyetleri kapsamlı bir şekilde araştırılırken, hem yığın malzeme SiC teknolojisindeki hem de SiC ince film teknolojilerindeki son durum kapsamlı bir şekilde ele alınmaktadır.

Aşınma Direnci

Tungsten Karbür (WC), aşırı sertlik, yüksek iletkenlik, düşük ısıl genleşme ve korozyona karşı direnç özellikleriyle birçok uygulamada kullanılan önemli ve çok yönlü bir alaşımdır. Tungsten karbür, saf tungsten tozunun karbon, nikel veya kobalt gibi diğer metallerle sinterleme adı verilen bir işlem kullanılarak karıştırılmasıyla oluşturulur; bir kez presleme ve dövme yoluyla belirli kullanımlar için şekillere dönüştürüldüğünde, en yaygın olarak kesici takımlar. Tungsten'in aşırı dayanıklılığı, kesici aletler için kullanılan diğer metallerden çok daha öteye uzanır; ayrıca, zırh korumasını delmek ve düşman savunmasını aşmak için mermilerin doğrudan düşmanlara karşı ateşlendiği kinetik bombardıman adı verilen bir saldırı taktiği kullanan askeri birimler tarafından sıklıkla kullanılır.

Tungsten karbür (WC), çok yüksek hızlara ve basınçlara dayanma kabiliyeti, en yüksek Young modülüne, en sert yüzeye, en düşük termal genleşme oranına ve tüm metaller arasında en iyi aşınma direncine sahip olması nedeniyle hassas mühendislik için yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, WC'nin çok sünek olması, çubuklar halinde şekillendirilmesine veya akkor ampullerde olduğu gibi tel olarak ekstrüde edilmesine olanak tanır.

Tungsten karbürün kırılganlığı ve ağır darbeler altında çatlamaya veya kırılmaya yatkınlığı, onu altın ve platin gibi değerli metallere göre darbelere daha yatkın hale getirmektedir. Yine de, mermi darbelerini emmek için tungsten karbürden yapılmış tampon diskler kullanan NCSU krater test tesisinde olduğu gibi, şok direncinin hayati önem taşıdığı askeri uygulamalarda popüler olarak kullanılmaya devam etmektedir.

Elektriksel İletkenlik

Silisyum karbürün seramik ve yarı iletken özelliklerinin benzersiz kombinasyonu, onu endüstriyel ve elektronik kullanımlar için uygun, son derece uyarlanabilir bir malzeme haline getirmektedir. Bu özelliklerinden dolayı silisyum karbür elektronikler, genellikle diğer elektroniklerin düzgün çalışmasını engelleyecek yüksek sıcaklık ve voltaj seviyelerine sahip zorlu ortamlarda bile çalışabilir.

Kimyasal olarak konuşursak, silisyum karbür inanılmaz derecede kararlı bir malzemedir. Konsantre sülfürik asit hariç çoğu aside (hidroklorik, sülfürik ve hidroflorik), tuzlara ve alkalilere karşı dayanıklıdır; ayrıca suyla reaksiyona girmez; bu da onu uzun süre sıvıya maruz kalması gereken bileşenler için ideal bir malzeme seçimi haline getirir.

Silisyum karbür, atomik yapısı nedeniyle mükemmel elektriksel özellikler sunar. Kovalent olarak bağlanmış karbon ve silisyum katmanları içeren yakın paketlenmiş yapılar halinde kristalleşir. Bu katmanlar çoklu tip olarak adlandırılan farklı konfigürasyonlarda düzenlenebilir; her bir çoklu tip kendi istifleme dizisi ile ayırt edilir ve her biri benzersiz özelliklere sahip çeşitli kristal yapılara yol açar.

Silisyum karbürün çoklu özellikleri onu teknolojik yeniliklerin ön saflarına yerleştirmektedir. Pompa yatakları, valfler, kumlama enjektörleri ve ekstrüzyon kalıpları gibi ekstrem ve yüksek performanslı mühendislik uygulamalarının yanı sıra ekstrem ortamlarda çalışan yarı iletken cihazların imalatında kullanılması, sektörler arasında önemli gelişmelere yol açabilir.