Спечений карбід кремнію

Карбід кремнію - один з найтвердіших керамічних матеріалів, що має надзвичайно високу міцність і теплопровідність. Крім того, його стійкість до окислення та корозії робить його придатним для використання в умовах високих температур.

Реакційно зв'язаний SiC має грубі зерна і низьку корозійну стійкість, тоді як SiC прямого спікання більш щільний і має кращі високотемпературні характеристики. При спіканні без тиску використовується дуже дрібний порошок SiC з добавками для неокисного спікання для отримання щільного матеріалу з чудовими фізичними властивостями.

Твердість

Карбід кремнію - один із найтвердіших поширених абразивних матеріалів, що має твердість 9,5 за шкалою Мооса - близько до 10 балів алмазу. Така твердість забезпечує йому чудову зносостійкість навіть за підвищених температур; хімічні речовини, солі, кислоти та луги не становлять великої загрози; стійкість до термічних ударів хороша; до того ж його вага вдвічі менша за вагу сталі!

Спікання в рідкій фазі має переваги над іншими процесами, включаючи низькі температури обробки та можливість надання гарної форми. Крім того, його повна щільність і чудові механічні властивості роблять його придатним для абразивної обробки, шліфування та полірування, а також для різання, свердління, травлення і фрезерування.

Спечений діоксид кремнію широко використовується для виготовлення деталей обладнання для виробництва напівпровідників, лазерів і конструкцій термоядерних реакторів завдяки своїй винятковій хімічній стабільності, термостійкості, низькій щільності, міцності, зносостійкості та низькій енергії активації. Доступні як реакційно зв'язаний, так і прямого спікання карбід кремнію; реакційно зв'язаний, як правило, має нижчу вартість, більш грубе зерно, що забезпечує меншу ударну і теплову роботу, тоді як пряме спікання забезпечує чудову зносостійкість при підвищених температурах завдяки дрібному зерну, що забезпечує більшу зносостійкість при підвищених температурах. Зазвичай частіше використовуються марки з реакційним зв'язуванням, що мають більш грубе зерно та дрібніші розміри зерен. Для більшої твердості в робочих умовах, ніж високотемпературне застосування або роботи, що вимагають більшої твердості, ніж безпосередньо спечені типи, що використовуються завдяки вищій зносостійкості при підвищених температурах, які частіше вказуються порівняно з використанням, відповідно, завдяки вищій зносостійкості при підвищених температурах, бажано, щоб твердість була кращою, ніж у випадку, коли вказана будь-яка з цих двох опцій.

Сила

Карбід кремнію - це надзвичайно міцний вогнетривкий керамічний матеріал з високою твердістю, міцністю при високих температурах і стійкістю до хімічної корозії - властивості, які роблять його одним з найбільш універсальних вогнетривів у світі і дозволяють використовувати його в різних галузях промисловості.

Спікання гарячим пресуванням є одним з основних методів виробництва кераміки SiC. У цій технології використовується надзвичайно дрібний порошок карбіду кремнію, змішаний з добавками, що спікаються, який ущільнюється за допомогою традиційних методів формування кераміки, таких як ізостатичний прес, пресування під тиском або інжекція, для отримання щільних структур, що складаються з крихітних частинок, які забезпечують міцність.

Рідиннофазне спікання SiC без тиску (LPPSiC) - ще один метод ущільнення SiC. Тут рідкий кремній або кремнієвий сплав вводиться в зелене тіло частинок a-SiC, утворюючи b-SiC, який вступає в реакцію і зв'язується з існуючими частинками a-SiC, ущільнюючи їх і ущільнюючи тіло в цілому.

Реакційно спечений карбід кремнію має чудову здатність до формування складних форм, низькі температури обробки та рівні чистоти; його механічні властивості, такі як міцність на вигин, нижчі, ніж у звичайного спеченого карбіду кремнію; для підвищення цієї властивості необхідно контролювати залишкові розміри Si, контролюючи розміри частинок нижче 100 нм - це досягнення знаменує собою великий успіх у підвищенні міцності кераміки LSiC.

Стійкість до корозії

Карбід кремнію має чудову корозійну стійкість і витримує температуру до 1 900 градусів за Цельсієм, що робить його придатним для застосувань, де хімічні та термічні удари можуть пошкодити компоненти.

Корозія в кераміці відбувається в результаті утворення оксидного шару на її поверхні, зазвичай кремнезему або силікату, залежно від таких факторів, як вплив навколишнього середовища, домішок, добавок для спікання, фаз на межі зерен і реакцій, що відбуваються незабаром після цього. Це призводить до значних відмінностей у корозійній поведінці карбіду кремнію та нітриду кремнію.

Оскільки при розробці матеріалів для використання в корозійних середовищах основними проблемами є виживаність (вимірюється як швидкість спаду в корозійному середовищі) і механічна міцність (міцність на С-кільце або чотириточковий вигин), корозія збільшує поверхневі дефекти, які з часом послаблюють міцність і зменшують механічний термін служби матеріалу.

Спечений карбід кремнію є чудовим вибором для використання в суворих умовах завдяки поєднанню високої міцності та зносостійкості, низької питомої щільності та відмінних трибологічних властивостей. Він часто використовується в компонентах, які повинні витримувати ударні навантаження від високих навантажень, таких як сопла для дробеструйної обробки або підшипники ковзання; крім того, він широко застосовується у виробництві гальм з карбіду кремнію, армованих вуглецевим волокном, або куленепробивної броні, оскільки він стійкий до високих навантажень і температур.

Довговічність

Спечений карбід кремнію - це надзвичайно твердий керамічний матеріал з чудовими властивостями зносостійкості та захисту від корозії, що робить його чудовим абразивним матеріалом. Його можна знайти в шліфувальних кругах, хонінгах для хонінгування, піскоструминних апаратах і гідроабразивних різаках для шліфування або хонінгування, а також для процесів гідроабразивного різання.

Хімічна стійкість цього матеріалу дозволяє йому витримувати тривалий вплив поширених неорганічних кислот, солей і лугів, не зазнаючи деградації. Крім того, його міцність підвищується завдяки щільно упакованим ковалентним зв'язкам, що утворюються з 4 атомів кремнію і 4 атомів вуглецю при формуванні тетраедричних координацій.

Спечений кварц створюється шляхом пресування та спікання (нагрівання) частинок порошку кремнезему разом. Спікання дозволяє цим окремим частинкам сплавлятися разом у суцільний шматок з високою твердістю і міцністю, який також стійкий до окислення і корозії; крім того, він має більшу довговічність, ніж більшість видів кераміки.

Реакційно зв'язаний карбід кремнію, отриманий шляхом інфільтрації рідкого кремнію в пористі графітові або вуглецеві преформи, має нижчу міцність, ніж спечений карбід кремнію, але є більш придатним завдяки низьким температурам обробки, хорошій формостійкості та більшій чистоті. Комерційний карбід кремнію, спечений реакційним способом, має межу міцності на вигин при кімнатній температурі близько 300 МПа.

Реакційно спечений карбід кремнію з добавками бору або вуглецю має надзвичайно високу стійкість до повзучості, що досягається за рахунок модифікації енергій границь зерен і поверхневих енергій, а також збільшення швидкості об'ємної дифузії для сприяння ущільненню і згущенню. Це дозволяє зернам залишатися в прямому кристалічному контакті без утворення структур другої фази на границях зерен.