كربيد السيليكون كربيد النيتريد المرتبط بالنيتريد

كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد (NbSC) هو مادة خزفية عالية الحرارة تستخدم على نطاق واسع في مجموعة من التطبيقات. ولإنتاجها، يتم خلط مسحوق السيليكون والنيتروجين الغازي في درجات حرارة مرتفعة بمساعدة المغنيسيوم كعامل مساعد للتلبيد.

تم اكتشاف أن كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد يتمتع بمقاومة تآكل أعلى بكثير من الفولاذ في التربة الخفيفة ذات الحبيبات الرملية الرخوة، وأكثر من ستة أضعاف في التربة الثقيلة؛ ومع ذلك، فإن نمط تآكله يختلف باختلاف نوع التربة التي وضع فيها.

قوة درجات الحرارة العالية

يوفر كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية ويمكنه تحمل التحولات المفاجئة في درجات الحرارة دون تشقق أو كسر. وعلاوة على ذلك، يقاوم سطحه الهجمات الكيميائية والأكسدة لتوفير أقصى قدر من الحماية ضد التدهور.

تكمن قوة NB SiC في عملية إنتاجها: النيتريد. وتتضمن هذه العملية صب/ضغط/حقن خليط من حبيبات كربيد السيليكون ومسحوق السيليكون المعدني في قالب حقن وتسخينه في جو غني بالنيتروجين حتى يتحول مسحوق السيليكون المعدني إلى مراحل غنية بالسيراميك تربط حبيبات كربيد السيليكون معاً في كتلة صلبة واحدة، مما يخلق مرحلة خزفية منيعة ومقاومة للكسر ومنتجاً خالياً من الانكماش ومثالياً لإنتاج الطوب الذي سيستخدم في الأفران والأفران.

يتفوق كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد على كربيد السيليكون المتسلل بالتفاعل إلى حد بعيد. وعادةً ما تحتوي المواد المتسللة بالتفاعل على مسام تبلغ 5- 15% ويجب استخدامها فقط في تطبيقات الضغط المنخفض دون التعرض لهجوم مباشر من المعادن غير الحديدية أو الخبث المنصهر. كما يتفوق كربيد السليكون المرتبط بالنتريد على الأصناف المضغوطة على الساخن والمضغوطة المتساوية الضغط الساخنة التي تتميز كلاهما بمسامية أعلى، مما يقيد التطبيق في الأشكال الهندسية الصغيرة فقط.

الصلابة القصوى

كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد (NBSC) هو مادة شديدة الصلابة ذات مقاومة تآكل استثنائية، حيث تتميز بصلابة 1080، وهي أعلى بكثير من الفولاذ، مما يتيح تشكيل أشكال شبه صافية تحاكي المكونات المعدنية منها. وعلى هذا النحو، يُعد NBSC بديلًا مثاليًا للسبائك أو المواد الحرارية الأخرى في ظروف الخدمة القاسية؛ ويمكنه أيضًا أن يكون بمثابة تطبيق لمقاومة التآكل مثل بطانات الأعاصير في المصانع المعدنية ومحطات توليد الطاقة بالفحم وكذلك التطبيقات المقاومة للتآكل في المصانع الكيميائية.

يُظهر كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد مقاومة قوية للتآكل الناتج عن الصدمات في ظروف التربة الخفيفة، ولكن مقاومة التآكل تعاني في الظروف الأثقل بسبب الحبيبات الكاشطة الرملية السائبة التي تهاجم سطحه. وغالباً ما يوصف هذا النوع من التآكل بالخدش والتخريش بدلاً من التآكل الشديد مثل ذلك الذي يظهر مع مواد مثل فولاذ XAR 600 أو لحامات الحشو F-61.

توفر كربيد السيليكون الملبد مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية والزحف، مما يجعلها المادة المثالية للاستخدامات ذات درجات الحرارة العالية بين 1300-1650 درجة مئوية. وعلاوة على ذلك، فإن قوته الميكانيكية الفريدة، ومعامل التمدد الخطي المنخفض، والاستقرار الكيميائي الجيد، والبنية المجهرية السهلة التشغيل، تجعل هذه المادة سهلة الاستخدام للغاية. في شركة IPS للسيراميك يمكننا توريد خراطيش كربيد السيليكون الملبدة أو أنابيب أو عوارض من السيليكون لتلبية جميع متطلبات أثاث الفرن الخاص بك.

قوة ميكانيكية جيدة

إن القوة الميكانيكية العالية لكربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد تجعله مادة ممتازة لمقاومة التآكل. وفي ظروف التربة الخفيفة، فإن مقاومته الأعلى من الفولاذ مثل فولاذ البورون أو لحام الحشو F-61 تجعله أكثر مرونة ضد التآكل من نظرائه من الفولاذ؛ ويعتمد المسار الدقيق للتآكل في النهاية على كيفية تفاعل الجسيمات الكاشطة مع أسطح الاحتكاك - فقد تخدش حبيبات الرمل السائبة التي تتحرك بحرية هذه الأسطح بينما قد تخدشها الجسيمات الصلبة.

يتم إنتاج كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد عن طريق نيترة جسم مصبوب من حبيبات SiC ومسحوق السيليكون المعدني في جو من النيتروجين. وخلال هذه العملية، يتحول السيليكون المعدني إلى نيتريد السيليكون الذي يرتبط بإحكام بحبيبات كربيد السيليكون لتشكيل بنية كثيفة.

والمادة الناتجة ليست فقط مقاومة للهجوم الكيميائي والتآكل في درجات حرارة تصل إلى 1600 درجة مئوية، ولكنها توفر أيضًا قوة ميكانيكية ممتازة - وهي صفات تجعل من NB SiC مثالية لتطبيقات مثل أثاث الأفران ودعامات صينية الرقائق والمجاذيف أو أي تطبيقات أخرى ذات درجة حرارة عالية وضغط منخفض. توفر IPS سيراميك كلاً من الأشكال المسامية المفتوحة والكثيفة بالكامل من هذه المادة.

خامل كيميائياً

كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد ليس عرضة للهجوم الكيميائي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتضمن مواد كيميائية عدوانية. وعلاوة على ذلك، فإنه يوفر مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية.

يعتبر السيراميك الحراري مادة مثالية للاستخدام عندما يتعلق الأمر بمشاريع إنشاء الطرق التي تستخدم فيها الشاحنات الثقيلة، وذلك بفضل خصائص التآكل الممتازة في كتلة التربة الكاشطة وقدرته على تحمل ضغط المركبات في درجات الحرارة العالية. وعلى هذا النحو، فإنه يعد خياراً ممتازاً لتطبيقات الرصف ورصف الطرق حيث يمكن استخدام الشاحنات الثقيلة.

تعتمد كيفية تآكل كربيد السيليكون المرتبط بالنيتريد على طبيعة وتوزيع حجم حبيبات كتلة التربة الكاشطة. وعادةً ما ينتج عن التربة الخفيفة أن تتحرك حبيبات الرمل الرخوة بحرية عبر سطحها لتخدش أسطح الاحتكاك؛ أما في حالة كتل التربة الأثقل فتقل التأثيرات الكاشطة ويحدث القطع الدقيق، مما يؤدي إلى إزالة أي طبقات لينة (الشكل 1).

يتم إنشاء كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل (RB SiC) عن طريق حقن السيليكون المنصهر في مادة الكربون المسامية المعبأة في الجزء المطلوب، مما يؤدي إلى تفاعله وتشكيله كمادة SiC. يعتبر RB SiC مادة صلبة للغاية ذات قوة ميكانيكية ممتازة، ويمكن إنتاجها في أشكال وأحجام مختلفة لاستخدامها كموانع تسرب ميكانيكية أو محامل أو خنق التحكم في التدفق.

مقاومة التآكل

كربيد السيليكون المرتبط بالنتريد (NiC) هو مادة خزفية قوية للغاية تتكون من جزيئات كربيد السيليكون المنصهرة معًا عن طريق النتريد. ويُعد كربيد السيليكون المرتبط بالنتريد مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب قدرات تحمل عالية ومقاومة لدرجات الحرارة، مثل الآلات الثقيلة.

مادة NBSiC مقاومة للتآكل الناتج عن الأحماض والأملاح المنصهرة والهالوجينات. وعلاوةً على ذلك، تُظهر هذه المادة مقاومة جيدة للخبث ومقاومة عالية للصدمات الحرارية؛ وعلاوةً على ذلك يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 1650 درجة مئوية مع الحفاظ على خصائص ميكانيكية ممتازة.

إن تآكل NBSiC هو عملية متعددة الخطوات، تتأثر بمختلف الأنواع والشوائب ومساعدات التلبيد ومراحل حدود الحبوب والمسامية ومورفولوجيا السطح. ومن المعروف أن طبقات الأكسيد المضحية على الركائز تعزز حركية التفاعل المكافئ التي تقلل من معدل انتشار الأكسجين.

وُجد أن مقاومة تآكل NBSiC تعتمد على نوع كتلة التربة التي تعرضت لها. أظهرت التربة الخفيفة أفضل خصائص التآكل مقارنةً بالفولاذ ولحام الحشو، بينما أظهرت التربة المتوسطة والثقيلة أقل تآكل يعزى إلى تغلغل الخبث الذي يتسبب في تكسير الجسيمات اللينة من NBSiC بمرور الوقت.