Нитридно свързан силициев карбид

Силициевият карбид с нитридна връзка, който се отличава с изключителна якост при високи температури и отлична устойчивост на окисляване, е идеален материал за изработване на печни приспособления.

Силициевият карбид с нитридна връзка по настоящото изобретение е особено устойчив на абразивно износване в почвените маси. Установено е, че устойчивостта на износване зависи от разпределението на размера на зърната в обработваната маса; най-добри резултати се постигат при леки почви.

Висока якост

Изключителната якост на силициевия карбид с нитридна връзка го превръща в идеален огнеупорни материал за използване в доменни пещи за производство на желязо, като издържа дори на тежки условия като синтероване под налягане. Този материал се получава чрез реакция на прах от силициев карбид с нитридна или оксидна керамика в процес на пресово синтероване; крайният продукт е плътен материал с много висока якост на опън и натиск, като същевременно има много малко пори.

Тухлите с този състав могат да издържат на термичен шок, което ги прави подходящи за използване в долната част на комина, коремната част, дъното и духовите отвори на доменните пещи за производство на желязо. Освен това техните свойства включват отлична устойчивост на шлака, устойчивост на износване при високи температури и устойчивост на алкална ерозия.

Керамиката „Silcarb“ осигурява отлична устойчивост на окисляване и висока издръжливост за приложения, при които това е необходимо – като например защитните тръби за термодвойки, използвани в сурови условия за предпазване на температурните сензори от повреда. „Silcarb“ предлага керамика от силициев карбид с нитридно свързване, специално разработена за такива цели, която се произвежда от „Silcarb“ за изработката на защитни тръби за термодвойки.

Тухлите от силициев карбид с нитридна връзка също притежават впечатляваща устойчивост на ударно и абразивно износване в леки почви, както е доказано в проучване, което стигна до заключението, че те имат по-добри противоизносни свойства от стоманата и от подсилващата заварка от Fe-Cr-Nb, използвана върху стомана 38GSA. За съжаление, устойчивостта им на износване намалява значително при по-тежки почвени условия, тъй като абразивните частици се забиват в порите им по-лесно, отколкото се очаква.

Якост при високи температури

Силициевият карбид с нитридна връзка притежава уникалната способност да издържа на екстремни температури благодарение на реакцията на нитриране, при която се образуват силно ковалентни връзки между силициевия прах и нитридните частици, като запазва своята якост дори при тежки условия, като например окисляване при изключително високи температури.

Силициевият карбид с нитридна връзка се отличава с висока специфична якост, което го прави подходящ за широк спектър от приложения. Освен това този материал притежава изключителни трибологични свойства и износоустойчивост; благодарение на високата си устойчивост на счупване той се справя добре с ударните натоварвания; защитата срещу корозия е отлична, а устойчивостта на термични шокове го превръща в отличен избор за промишлени приложения.

При 25 °C и 1300 °C бе тестван армиран с влакна, еднопосочен силициев карбид с нитридна връзка, като се използва нова техника за изпитване, която минимизира огъващия момент, като същевременно гарантира, че разрушаването винаги настъпва в рамките на измервателната секция на пробата. Резултатите показаха поведение на напрежение-деформация, подобно на това при металите, и при двете температури, като граничната якост на опън достигна 543 MPa при 1300 °C.

Характеристиките на износване на силициевия карбид с нитридна връзка зависят от типа на почвената маса, и по-специално от разпределението на размера на частиците. Леката почва показа по-висока износоустойчивост, докато при тежка почва беше отчетена най-ниската стойност на износоустойчивост.

Устойчивост на високи температури

Силициевият карбид с нитридна връзка притежава изключителна термична стабилност при повишени температури, тъй като е устойчив на напукване при по-високи температури. Това го превръща в отличен избор за огнеупорен материал при излагане на бързи промени в работните условия – идеален за приложения, свързани с бързи преходи.

Силициевият карбид, свързан чрез реакция (RBSC), се получава чрез пресово синтероване на смес от SiC и оксидни керамични прахове, съдържащи алуминий. Получената плътна матрица от SiC се отличава с отлична износоустойчивост, удароустойчивост и химическа устойчивост, като в същото време лесно се формира в сложни форми чрез процеса на Блаш.

Огнеупорните материали с нитридна връзка са изключително стабилни материали с изключителна механична якост, устойчивост на термичен шок, химична инертност – качества, благодарение на които те намират приложение в широк спектър от промишлени области, като например страничните стени на тиглите за топене на алуминий и долните части на кошовете на доменните пещи, както и в пещното оборудване, като горелки, муфели, изтласкващи дъски, плотове и стълбове, благодарение на своята изключителна термична устойчивост и механична цялост.

Синтерираният материал с нитридна връзка е известен с изключителната си устойчивост на абразивно износване. Проучванията са доказали, че той показва значително по-добри експлоатационни характеристики по отношение на износването в сравнение със стоманите и напластяващите заварки при всички тествани видове почви, като устойчивостта му е повече от два пъти по-висока от тази на стоманата при леки почвени условия и три пъти по-висока при тежки.

Устойчивост на термичен шок

Силициевият карбид с нитридна връзка предлага отлична устойчивост на термичен шок, като издържа на бързи температурни промени без да се напуква – което го прави идеален материал за приложения, подложени на термични цикли. Кремниевият карбид с нитридна връзка се отличава и с изключителна устойчивост на окисляване при високи температури благодарение на плътната си повърхност, която е устойчива на окисляване от газове като метални оксиди или алкални разтвори, както и на корозия от криолит, което го прави подходящ за приложения в изгарянето на отпадъци, клетки за редукция на алуминий или медни шахтни пещи.

Технологията на реакционно-синтеризирания силициев нитрид (RSiC) позволява неговото създаване. Силициевият прах се смесва със зърна от силициев карбид, след което се подлага на въздействието на азотен газ за азотиране в атмосфера, богата на твърди силициеви частици, като по този начин се получава силициев нитрид, който свързва частиците от силициев карбид, образувайки плътен материал с пореста структура и по-ниска плътност в сравнение със силициевия карбид, синтериран в течна фаза (LPSSIC).

NBSiC може лесно да се оформя в сложни форми чрез процеса на Блаш и притежава желани огнеупорни и химични свойства. Устойчивостта му на износване дори при тежки абразивни почвени условия се е оказала впечатляваща – износва се много по-бавно от специалните стомани, предназначени за обработка на почвата, като в някои тестове износването е четири пъти по-малко (в сравнение със заваръчни накладки с Fe-Cr-Nb при средни почвени условия и до 6,5 пъти по-малко при тежки почвени условия).