Reakčně vázaný karbid křemíku

Reakčně vázaný karbid křemíku (RBSC) je extrémně pevná a odolná keramika, která nachází uplatnění v mnoha aplikacích, jako jsou motory plynových turbín a opotřebitelné součásti.

Reakční lepení zahrnuje infiltraci porézního uhlíkového materiálu roztaveným křemíkem, čímž vzniká pružný keramický hybrid, který lze tvarovat pomocí běžných keramických tvářecích technik, jako je lisování, vstřikování a vytlačování.

Vysoká čistota

Karbid křemíku (SiC) je jednou z nejtvrdších keramik, která si zachovává tvrdost a pevnost i při zvýšených teplotách. Je chemicky inertní a odolný vůči rozpouštědlům, má dobrou tepelnou vodivost - poloviční než ocel! Společnost JJISCO vyrábí standardní i zakázkové výrobky z SiC, které poskytují optimální výkon pro průmyslové potřeby.

Karbid křemíku vázaný reakcí (RBSC) se vyrábí z porézní směsi SiC a uhlíku, která byla infiltrována kapalným nebo plynným křemíkem, který proniká do pórů, reaguje s uhlíkem a vytváří další karbid křemíku, který spojuje své původní částice a vytváří hustá, pevná tělesa s výrazně lepší odolností proti nárazu a opotřebení než slinutý SiC a zároveň nabízí vyšší teplotní odolnost proti oxidaci než CVD SiC.

Ocelové součásti vázané reakcí (RBSC) nejsou závislé na pomocných látkách pro spékání, které do konečného tělesa vnášejí nečistoty a snižují tak jeho pevnost, což z RBSC činí vynikající volbu pro aplikace s vysokou čistotou, jako jsou součásti difuzních pecí. Mechanická těsnění, nábytek pecí, trysky hořáků a sálavé trubky mohou rovněž těžit z použití tohoto procesu, který rovněž nabízí vynikající teplotní stabilitu, která prodlužuje životnost tím, že snižuje degradaci způsobenou chemickými reakcemi a oxidací; to je důležité zejména u součástí, u nichž během provozu dochází k častým změnám teploty; tento proces nabízí odolnost proti opotřebení a nárazu, jakož i chemickou odolnost.

Vysoká pevnost

Reakčně vázaný karbid křemíku (RB SiC) se může pochlubit jednou z nejvyšších tvrdostí podle Mohsovy stupnice mezi syntetickými materiály, takže je velmi odolný. RB SiC tak odolává nárazům silných úderů i vysokorychlostnímu otěru při vysokých teplotách; to prodlužuje jeho životnost v důlních provozech a dalších průmyslových odvětvích pracujících za vysokých teplot. Kromě toho je RB SiC díky své odolnosti vůči oxidaci a korozi ideální pro chemické aplikace.

Reakčně vázaný karbid křemíku se vyrábí infiltrací roztaveného křemíku do porézních uhlíkových nebo grafitových preforem, kde reaguje s uhlíkem za vzniku dalších částic SiC, které se pak opět navážou na původní matrici karbidu křemíku. Tato metoda výroby keramiky je podstatně rychlejší než tradiční metody, které se spoléhají na pomocné spékací prostředky pro spékání hustého prášku do hustých těles; jejím výsledkem jsou vysoce odolné materiály s výjimečnými rozměrovými tolerancemi po vypálení a vynikající mechanickou pevností.

Reakčně vázaný karbid křemíku (RB SiC) je ve srovnání se slinutým karbidem křemíku výrazně levnější a má nižší tvrdost, takže je vhodný pro aplikace, které vyžadují větší pórovitost nebo propustnost pro plyny a kapaliny. Reakčně vázaný karbid křemíku se také může pochlubit výjimečnou odolností proti teplotním šokům - což znamená, že dokáže odolávat rychlým teplotním výkyvům bez ztráty pevnosti nebo vlastností - což z RB SiC činí vynikající volbu materiálu pro čerpadla, mechanické ucpávky, ložiska a další průmyslová zařízení.

Vysoká tažnost

Reakční lepení je keramická tvářecí technika, která spočívá v infiltraci porézních uhlíkatých předforem tekutým křemíkem, který reaguje s uhlíkem a vytváří další SiC, čímž se původní uhlíkatý materiál spojí.

Tento proces dosahuje mnohem vyšší tažnosti než konvenční postupy a umožňuje vyrábět složité výrobky RBSC téměř čistého tvaru při výrazně nižších teplotách.

Konvenční spékání RBSC vyžaduje velmi vysoké teploty; v závislosti na použité metodě (reakční lepení, lisování za tepla nebo beztlakové lisování) mohou teploty přesáhnout 2200 stupňů Celsia. S nástupem technologie reakčního lepení však lze nyní tento proces provádět při mnohem nižších teplotách.

Aby se maximalizovala pevnost v ohybu, musí kapalný křemík pronikat kapilárními kanálky, aniž by je ucpával. Typický proces kombinuje práškový a-SiC s grafitem nebo organickým pojivem, které zvyšuje exotermismus infiltrace; to vede k tvorbě fází B-C-SiC a snížení množství zbytkového křemíku [5].

Gelcasting využívá gelové tvářecí systémy k formování mikrostruktury a mechanických vlastností konečných výrobků. Akrylamid (AM), nejčastěji používaný monomer pro tuto aplikaci, je však neurotoxický v důsledku inhibice jeho polymeračního procesu kyslíkem, a proto je třeba jako alternativu použít netoxické systémy pro tvorbu gelu.

Nižší hustota

Reakčně vázaný karbid křemíku se vyznačuje nižší tvrdostí a pevností než slinutý, přesto má vyšší odolnost proti opotřebení, tepelné a chemické odolnosti. Reakčně pojený karbid křemíku, který je k dispozici v různých tvarech, velikostech a tolerancích, je univerzálním materiálem ideálním pro mechanická těsnění, ložiska, potrubí, tlumivky pro regulaci průtoku i větší opotřebitelné součásti používané v těžebním nebo jiném průmyslu.

Reakčně vázané procesy výroby SiC keramiky zahrnují infiltraci porézních uhlíkových nebo grafitových preforem kapalnou křemíkovou taveninou, přičemž mezi ní a uhlíkem dochází k reakci in situ za vzniku b-SiC, který spojuje své původní částice a-SiC. Kapilární kanálky, které zůstaly nezreagované, se pak vyplní zbytkovou křemíkovou kapalinou.

Jednou z výhod výroby RBSC je, že ji lze provádět při nižších teplotách než spékání; vyrobená keramika však může obsahovat značné množství volného křemíku, který by se mohl při manipulaci nebo používání pod tlakem zlomit.

Pro snížení obsahu volného křemíku je důležité dodržet krátkou dobu RS a přidat do předlisku saze. Tím lze zvýšit relativní hustotu materiálu zeleného tělesa a současně zvýšit pevnost v ohybu a modul pružnosti v ohybu, neboť obsah sazí v předlisku se zvyšuje až na 15 hmotnostních procent.