Reakčně vázaný karbid křemíku

Reakčně vázaný karbid křemíku má díky své vynikající odolnosti proti opotřebení, vysokým teplotám a korozi řadu aplikací. Mezi výrobní metody reakčního lepení patří beztlakové slinování.

RB SiC se vyrábí vstřikováním roztaveného křemíku do porézní uhlíkové nebo grafitové předlisku. Po vložení dochází k jeho interakci s uhlíkem za vzniku hustého tělesa.

Pevnost při vysokých teplotách

Karbid křemíku (SiC) je jedním z nejtvrdších a nejpevnějších materiálů, které člověk zná, a vyznačuje se vynikající odolností proti opotřebení a poloviční hmotností oproti oceli. Díky těmto vlastnostem je fantastickým materiálem pro opotřebitelné součásti, jako jsou těsnění a lopatky, protože odolává i extrémním teplotám, aniž by ztratil svou tvrdost nebo se unavil. Reaction Bonded SiC (RBSC), vyráběný vstřikováním kapalného křemíku do porézních forem uhlíku nebo grafitu před reakcí s uhlíkem za vzniku karbidu křemíku, je často upřednostňován před přímo slinutým sikem, protože poskytuje odolnost proti opotřebení i tepelným šokům. Reakčně vázaný SiC (RBSC) naproti tomu nabízí dobrou odolnost proti opotřebení i tepelným šokům ve srovnání s přímo slinutým sikem. Oba typy nabízejí dobrou odolnost proti opotřebení a vlastnosti odolnosti proti tepelným šokům i při vystavení náhlému tepelnému šoku.

Chemické složení a struktura uhlíku v předliscích a poměr částic SiC k uhlíku ovlivňují mikrostrukturu a vlastnosti RB SC keramiky a poskytují cenný pohled na její konečné fázové složení, lomovou houževnatost a vlastnosti.

Reakcí křemíkové taveniny s uhlíkem v předlisku vzniká hustý a pevný kompozitní materiál SiC-uhlík odolný vůči vysokoteplotní korozi, oxidaci, erozivnímu opotřebení a tepelným šokům - vynikající volba materiálu pro aplikace, kde dochází k rychlým změnám teploty nebo k vysokým teplotám. Naše škála velikostí a stupňů částic nám umožňuje přizpůsobit jej konkrétně požadavkům každé aplikace.

Extrémní tvrdost

Reakčně vázaná keramika z karbidu křemíku patří mezi nejtvrdší technické materiály a poskytuje vynikající odolnost proti kluznému otěru a opotřebení. Jejich extrémní tvrdost jim umožňuje odolávat vysokým teplotám s minimálním poškozením, a to i v případě, že jsou vystaveny působení agresivních chemikálií a znečišťujících látek z prostředí.

Výroba RBSiC spočívá v infiltraci roztaveného křemíku do porézní uhlíkové nebo grafitové předlisku a v reakci s ním za vzniku SiC a dalších vedlejších produktů, které mají užitečné využití. Při výrobě tohoto uhlíku lze použít techniky chemického napařování (CVD) a suchého lisování; po zhutnění poskytuje jeho konečný produkt výjimečné chemické a mechanické vlastnosti při extrémních teplotách.

Techniky zpracování keramiky reakčními tvářecími metodami zaznamenaly obrovský pokrok a výzkumníci se je neustále snaží zdokonalovat. Zvláštní obavy vzbuzují gelové monomery používané při výrobě, protože jejich přítomnost může vnášet nečistoty, které negativně mění vlastnosti hotové keramiky; jeden z takových gelových monomerů, známý jako akrylamid, má neurotoxické vlastnosti a špatně reaguje s kyslíkem, což vede k tvorbě spékaných inkluzí v keramice, která se s jeho použitím vyrábí. Vědci proto provádějí výzkum neakrylamidových alternativ, přičemž nedávné studie ukázaly srovnatelné výsledky dosažené pomocí netoxických gelotvorných systémů.

Odolnost proti teplotním šokům

Karbid křemíku si zachovává svou pevnost a tvrdost i při vysokých teplotách, což z něj činí vynikající materiál pro aplikace, kde by rychlé změny teploty mohly poškodit nebo znehodnotit jiné materiály. Kromě toho se tento materiál vyznačuje vynikající odolností proti otěru a ochranou proti korozi, teplu a oxidaci v náročných podmínkách - je tedy vhodný pro těsnicí plochy a vysoce výkonné součásti čerpadel.

Reakčně vázaný karbid křemíku (RB SiC) je mimořádně odolný žáruvzdorný materiál s mimořádně nízkým obsahem uhlíku, který mu umožňuje zachovat si pevnost v tahu při zvýšených teplotách a mechanickém namáhání, aniž by časem ztrácel pevnost. Jeho tepelně odolné vlastnosti navíc umožňují rychlé změny teplot, aniž by došlo k poškození nebo degradaci jeho integrity.

RB SiC se vyrábí infiltrací porézních předforem složených ze směsi karbidu křemíku a uhlíku roztaveným křemíkem, následnou reakcí s uhlíkem za vzniku dalších částic karbidu křemíku, které se spojí s částicemi původně přítomnými v předformě a vytvoří vynikající odolnost proti tepelným šokům, odolávající teplotám nad 2000oC. Konečný výrobek má vynikající odolnost proti tepelnému šoku, což umožňuje použití při teplotách přesahujících 2000oC.

Technologie reakčního lepení využívá proces, při kterém se nepoužívají pomocné spékací prostředky, které do konečného produktu vnášejí nečistoty a mohou zhoršovat jeho výkon. Tento reaktivní proces navíc umožňuje vyrábět keramiku složitých tvarů s vysokým obsahem SiC - ideální pro náročná prostředí, kde tradiční materiály selhávají. Reakční lepení má proto mnohostranné využití v mnoha průmyslových oblastech.

Odolnost proti korozi

Reakčně vázaný karbid křemíku (RB SiC) je známý svou mimořádnou trvanlivostí a odolností proti poškození, stejně jako vysokou odolností proti korozi, což z něj činí materiál pro vysoce výkonné aplikace, jako jsou aplikace pro chemickou a teplotní stabilitu, mechanická těsnění a zařízení pro výrobu polovodičů.

RB SiC se také může pochlubit výjimečnou odolností proti opotřebení a tepelným šokům, dokonce je schopen odolat intenzivnímu tlaku atomové bomby! Za tento pozoruhodný úspěch vděčí ochranné fázi Si3N4, která působí jako pojivo a zvyšuje tak lomovou houževnatost tohoto materiálu.

Výroba RB SiC zahrnuje infiltraci roztaveného křemíku do předem připravených porézních uhlíkových nebo grafitových forem, které byly zabaleny do tvaru konečného produktu, a následnou reakci s uhlíkem za vzniku karbidu křemíku - podobně jako se vyrábí slinutý karbid křemíku, avšak levněji, protože není třeba provádět kalení.

Reakčně vázaný karbid křemíku se vyznačuje vynikající odolností proti korozi a tepelným šokům a dodává se v různých tvarech a velikostech pro výrobu. Je široce používán v potrubních vložkách a tlumivkách pro regulaci průtoku, stejně jako ve větších opotřebitelných součástech používaných v důlních provozech; kromě toho se z něj vyrábějí i přesné díly pro plynové sporáky.