Rekrystalizovaný karbid křemíku

Karbid křemíku je stále oblíbenějším materiálem v různých průmyslových odvětvích díky svým působivým mechanickým a elektrickým vlastnostem, zejména nízké tepelné roztažnosti a pevnostním charakteristikám. Díky těmto vlastnostem je ideálním kandidátem pro výrobu zrcadel teleskopů.

Je představena metoda výroby rekrystalizovaného karbidu křemíku, která spočívá v karbotermické redukci. Při tomto postupu se těleso vytvarované pod tlakem zahřeje na 2 000 °C za dvě nebo více hodin.

Pevnost při vysokých teplotách

Rekrystalizovaný karbid křemíku (RSiC) je pokročilá technická keramika, která se používá ve vysoce výkonných aplikacích, například v leteckém a kosmickém průmyslu. RSiC se vyznačuje výjimečnými chemickými a mechanickými vlastnostmi při extrémních teplotách konečného použití; jeho mikrostruktura se skládá ze vzájemně propojených deskovitých zrn, která mu dodávají vysokou pevnost, houževnatost, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tepelné roztažnosti, jakož i dobré korozní vlastnosti. Je vysoce odolný.

Existují různé metody výroby husté keramiky SiC, včetně rekrystalizace, reakčního slinování, slinování v kapalné fázi, lisování za tepla a izostatického slinování za tepla. Ačkoli některé z těchto postupů používají pomocné spékací prostředky, které snižují čistotu keramiky, všechny metody produkují hustou keramiku s vynikajícími tepelnými vlastnostmi v širokém rozsahu teplot.

SiC se od tradičních žáruvzdorných materiálů liší vysokou teplotní pevností a odolností, která zvyšuje jeho trvanlivost v náročných podmínkách, takže je ideální pro použití v keramickém průmyslu. Díky své vynikající pevnosti a odolnosti vůči oxidaci je hutná keramika SiC preferovanou volbou pro použití jako nábytek do pecí a média do plynových hořáků i filtrů pevných částic pro dieselové motory; navíc ji lze nalézt i ve vysoce výkonných balistických pancířích pro ochranu proti současným i nově vznikajícím hrozbám.

Odolnost proti vysokým teplotám

Rekrystalizovaný karbid křemíku (RSiC) je moderní vysokoteplotní žáruvzdorný keramický materiál s vynikajícími vlastnostmi odolnosti proti tepelným šokům. RSiC jako takový lze nalézt v nejrůznějších aplikacích, jako jsou plynové hořáky, filtry pevných částic, tepelné výměníky a tepelné výměníky. Díky výjimečné odolnosti vůči chemikáliím a oxidaci, jakož i tuhosti, která odolává výkyvům teplotní roztažnosti/smrštění, nabízí řadu průmyslových použití, v nichž RSiC vyniká.

Kromě toho, že je RSiC extrémně odolný materiál, vyznačuje se také vynikající pevností při pokojové teplotě. Lze jej snadno tvarovat do složitých tvarů a zároveň odolává erozi plamenem a působení strusky, je odolný proti oděru a ohybu - funguje dokonce jako elektrický izolant!

RSiC se skládá z práškového karbidu křemíku, uhlíku a pojiva, které se smíchají dohromady a poté se zformují do formy, kde se při vysokých teplotách slinují, čímž vzniká čistý materiál RSiC. Tímto procesem prášek rekrystalizuje, zatímco pojivo se rozptýlí a zůstane čistý materiál RSiC.

RSiC je jedním z nejlepších materiálů používaných pro vysokoteplotní aplikace. Díky své tuhosti a odolnosti proti korozi a oxidaci je vynikající volbou pro nábytek do pecí, jako jsou tyče, desky pro přístřešky a díly speciálních tvarů. Kromě toho lze z tohoto materiálu vyrobit také porézní formy s otevřenými póry, které snižují hmotnost a spotřebu energie a navíc pomáhají usnadnit vypalování porcelánových dílů pro větší využití v peci.

Vysokoteplotní vodivost

Karbid křemíku se vyznačuje výjimečnou tepelnou vodivostí při pokojové teplotě, nízkým koeficientem roztažnosti a odolností proti korozi kyselinami, což z něj činí vhodný materiál pro drsné prostředí. Karbid křemíku lze tvarovat do různých geometrických tvarů a snadno odolává i vysokým teplotám.

Materiál, jako je hlína, se běžně používá k výrobě dílů pro pece, jako jsou prověšovače, prkna a válce, které snižují zatížení pece a zároveň zvyšují její využití a snižují náklady na energii. Navíc existují porézní formy, takže se snadno přizpůsobí jakémukoli obrysu vnitřního prostoru stěn pece.

Materiál RSiC se od svých keramických kolegů odlišuje chemickou čistotou a schopností zachovat si pevnost při vysokých teplotách, což z něj činí ideální materiál pro použití v součástkách polovodičových pecí. Kromě toho se díky své vynikající chemické čistotě a schopnosti zachovat si pevnost při vyšších teplotách s oblibou používá jako izolační desky pecí, lopatky a podpěry zásobníků na destičky. Kromě toho tento univerzální materiál slouží jako konstrukční díly odolné proti opotřebení v průmyslových vysokoteplotních pecích.

Keramika RSIC je vysoce čistý materiál SiC s porézní síťovou strukturou, který se vyrábí procesem odpařování a koagulace a vypaluje se při teplotě 2400 °C. Na rozdíl od práškového slinování nedochází při výrobě RSIC během infiltrační fáze ke smršťování; to umožňuje vyrábět velmi velké díly s přísnými tolerancemi ve srovnání s práškovým slinováním a zároveň je celkově levnější.

Odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách

Karbid křemíku poskytuje výjimečnou odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách díky ochranné vrstvě oxidu křemičitého, která zabraňuje přímé reakci kyslíku se substrátem, tzv. parabolické kinetice. Bohužel však jeho proces komplikují nečistoty a nukleační místa, jako jsou příměsi nečistot nebo kationty, které zvyšují tvorbu viskózní oxidové vrstvy s vyšší propustností kyslíku; navíc rychlost oxidace závisí na koncentracích kationtů přítomných na jeho povrchových povlacích.

Oxidaci slinutého karbidu křemíku lze modelovat pomocí Deal-Groveova modelu, který je použitelný pro vlhké i suché prostředí, včetně tenkých vrstev o tloušťce několika nanometrů. Pomocí tohoto přístupu jsou snadno dostupné přesné kinetické údaje pro tloušťky do několika nanometrů; tenké vrstvy však nelze přizpůsobit lineárně-parabolickým křivkám z důvodu nedostatečných údajů.

Beztlakový slinutý karbid křemíku (PSSiC) je stále oblíbenějším materiálem pro výrobu trysek a ventilů v jaderném průmyslu, které jsou často vystaveny extrémním podmínkám vysokého tlaku a teploty, otěru a korozi. Kromě toho lze PSiC s velkým úspěchem použít také jako antikorozní obložení potrubí.

SSIC se vyrábí z velmi jemného prášku, který obsahuje spékací přísady, a poté se zpracovává tradičními keramickými výrobními postupy a spéká se při teplotě 2 000 °C. Tato technologie umožňuje masovou výrobu při nižších nákladech než tradiční metody.