Rekrystalizovaný karbid křemíku

Rekrystalizovaný karbid křemíku (RSiC) se vyznačuje výjimečnou pevností při vysokých teplotách a odolností proti otěru, což z něj činí materiál vhodný pro celou řadu aplikací. Díky své jedinečné mikrostruktuře překonává rekrystalizovaný SiC z hlediska tepelných, mechanických a chemických vlastností reakčně slinutý nebo beztlakově slinutý SiC.

RSiC se vyrábí odléváním, vytlačováním nebo vstřikováním a následně se zahřívá na vysokou teplotu.

Vysoká pevnost

Karbid křemíku je extrémně tvrdá a odolná keramika s vynikajícími mechanickými vlastnostmi a vysokou odolností proti korozi, díky čemuž je široce použitelná v leteckém a vojenském průmyslu a v dalších oborech pro zvýšení výkonu zařízení a zlepšení jeho používání.

Rekrystalizovaný karbid křemíku (RSiC) vykazuje na rozdíl od většiny keramiky SiC minimální smrštění během spékání a lze jej tvarovat do mnoha geometrických tvarů. Kromě toho zůstává jeho pevnost prakticky konstantní i při velmi vysokých teplotách, přičemž odolává obrovskému zatížení.

RSiC lze vyrobit různými výrobními technikami, včetně kluzného lití, vytlačování a vstřikování. Díky své vynikající tepelné vodivosti a odolnosti proti oxidační korozi tepelným šokům a pevnosti za tepla je ideální pro různé aplikace v pecích od jednoduchých tyčí až po složité konstrukční kusy - dokonce překonává nitridové SiC žáruvzdorné materiály s oxidovou vazbou!

Vysoká odolnost proti korozi

Rekrystalizovaný karbid křemíku je inertní porézní slinutá keramika s vynikajícími komplexními vlastnostmi, která našla uplatnění v mnoha oborech, jako je například nábytek do pecí, média do plynových hořáků a filtry pevných částic. Díky své vynikající vysokoteplotní tuhosti a odolnosti proti korozi je rekrystalizovaný karbid křemíku vynikajícím konstrukčním materiálem vhodným do prostředí s vysokou teplotou.

Odolnost proti korozi závisí na několika faktorech, včetně chemického prostředí, v němž dochází k napadení, a na pořadí reakcí v oxidové vrstvě materiálu. Mechanické namáhání může tuto stabilitu oxidové vrstvy změnit. Malé množství yttria, hafnia a kovů vzácných zemin může zlepšit odolnost proti cyklické oxidaci, odolnost proti erozi a korozi a odolnost proti odlupování oxidů.

Rekrystalizovaný karbid křemíku nabízí nejen vysokou pevnost, ale také velmi nízké smrštění. Díky tomu lze vyrábět velké díly s přesnými rozměry bez vnitřního pnutí nebo problémů s povrchovou korozí. Přivedením napětí na jeho povrch se může stát antikorozní vrstvou, aniž by potřeboval speciální zdroje energie; místo toho vrstva generuje dostatek tepla, aby účinně zničila svůj zdroj koroze.

Vysoká tepelná vodivost

Slinutý karbid křemíku se od většiny keramiky liší vysokou tepelnou vodivostí a nízkou hustotou, což z něj činí vynikající materiál pro elektrotechnické aplikace, včetně chladicích trubek a ochranných bariér. Kromě toho je díky své odolnosti vůči vibracím a chemikáliím vhodný pro vibrace motorů i chemické znečištění.

Při výrobě mechanických těsnění a čerpadel se často používá chemicky odolná pryž díky své mimořádné odolnosti proti opotřebení, oděru a korozi. Kromě toho tento materiál odolá i vysokorychlostním střelám, jako jsou kulky a střepiny vystřelované z vozidel, a lze jej nalézt i v těsněních dieselových motorů automobilů. Tento všestranný materiál se díky své odolnosti vůči chemikáliím a opotřebení používá také u trysek a ventilů.

Materiál RSiC se od tradičních žáruvzdorných materiálů odlišuje řadou výjimečných vlastností, jako je vysoká pevnost nitridové vazby, nízká tepelná roztažnost a čisté rozhraní. Kromě toho je výroba jednoduchá, protože RSiC lze snadno tvarovat do různých tvarů.

Vysoká odolnost proti teplotním šokům

Vysoká tepelná vodivost a nízká tepelná roztažnost karbidu křemíku mu umožňují odolávat tepelným šokům způsobeným polovodičovými elektronickými zařízeními, čímž prodlužují jeho životnost a umožňují mu odolávat vysokým teplotám a napětím.

Karbid křemíku se po působení vody může formovat do dvou polymorfů: alfa (a-SiC) s wurtzitovou krystalovou strukturou a beta (b-SiC) s krystaly zinkového blanku. Z těchto dvou forem má beta SiC větší odolnost proti korozi a oxidačním útokům, takže b-SiC je vhodnější.

Odpařováním a konglomerací lze získat vysoce porézní keramiku z karbidu křemíku s otevřenými póry 11%-15% a velikostí zrn mezi 100 pm a 500 pm, známou jako RSIC. Tento materiál se může pochlubit vynikajícím MOR při pokojové teplotě i odolností proti teplotnímu šoku při teplotě 300 stupňů Celsia, nízkým smršťováním během spékání a také tím, že je použitelný v různých aplikacích včetně nábytku do pecí - což je obrovská výhoda oproti hustým materiálům z oxykarbidu křemíku, které postrádají odolnost proti teplotním šokům a schopnost MOR.

Vysoká elektrická izolace

Rekrystalizovaný karbid křemíku vyniká jako elektroizolační materiál s nepřekonatelnými elektroizolačními vlastnostmi, který odolává vysokým teplotám, aniž by praskal pod tlakem a byl poškozen korozí nebo kyselou korozí - ideální pro různá prostředí. Jeho nízká tepelná roztažnost mu navíc umožňuje odolávat lomům způsobeným tepelným šokem.

Sodnovápenaté sklo je ideálním materiálem pro použití ve vysokoteplotních pecích a zařízeních, ve věžích solárních elektráren pro přeměnu slunečního světla na elektřinu a v dalších aplikacích vyžadujících vysoké teploty.

Odlévání, vytlačování a vstřikování jsou tři základní způsoby výroby RSiC. Vstřikování se však stalo preferovanou metodou díky své nákladové efektivitě a účinnosti; vstřikované RSiC však bývají po vytvoření slabé a porézní, což zhoršuje jejich vlastnosti; proto byl vyvinut cyklický proces polymerní impregnace a pyrolýzy (PIP) s následnou rekrystalizací jako řešení, které zvyšuje pevnost v ohybu a zároveň snižuje poréznost komerčních výrobků RSiC.

Široká škála aplikací

Karbid křemíku má díky své pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti korozi mnohostranné využití. Často se s ním setkáváme ve výrobcích, jako jsou brusné kotouče a řezné nástroje pro jejich vysokou pevnost a tvrdost; vysokoteplotní kamna a chemické reaktory; ochranné vybavení (tankové pancíře a neprůstřelné vesty).

RSiC lze vytvořit několika technikami, včetně kluzného lití, vytlačování a vstřikování. Jakmile je vytvořen, musí být slinut při vysokých teplotách v peci, aby rekrystalizoval a zbavil se pojivového materiálu - díky tomu je RSiC elektrický izolant s vynikající dielektrickou pevností vhodný pro elektronické aplikace.

Karborundum (/karbrnm/), slitina hliníku a uhlíku, která se v přírodě vyskytuje jako drahokam moissanit, bylo poprvé sériově vyráběno Edwardem Goodrichem Achesonem jako průmyslová forma karbidu křemíku pro použití v třecích brzdách a keramických deskách neprůstřelných vest. Karborundum slouží také jako brusivo a tvoří základ kolážové tiskové drtě; po nanesení přímo na hliníkovou desku vytváří při tisku inkoustem stopy.