Reaktionsgebundenes Siliziumkarbid

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (RBSC) ist eine extrem starke und widerstandsfähige Keramik, die in zahlreichen Anwendungen wie Gasturbinentriebwerken und Verschleißteilen zum Einsatz kommt.

Bei der Reaktionsbindung wird poröses Kohlenstoffmaterial mit geschmolzenem Silizium infiltriert, um ein elastisches keramisches Hybrid zu erzeugen, das mit herkömmlichen keramischen Formgebungsverfahren wie Pressen, Spritzgießen und Extrudieren geformt werden kann.

Hohe Reinheit

Siliziumkarbid (SiC) ist eine der härtesten Keramiken und behält seine Härte und Festigkeit auch bei hohen Temperaturen bei. SiC ist chemisch inert und lösungsmittelbeständig und verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit - halb so hoch wie die von Stahl! JJISCO stellt sowohl Standard- als auch kundenspezifische SiC-Produkte her, um optimale Leistung für industrielle Anforderungen zu bieten.

Reaktionsgebundenes Siliziumkarbid (RBSC) wird aus einer porösen Mischung aus SiC und Kohlenstoff hergestellt, in deren Poren flüssiges oder gasförmiges Silizium eingedrungen ist, das mit Kohlenstoff reagiert und zusätzliches Siliziumkarbid bildet, das die ursprünglichen Partikel miteinander verbindet und dichte, feste Körper mit deutlich besserer Schlag- und Verschleißfestigkeit als gesintertes SiC bildet und gleichzeitig eine höhere Temperatur-Oxidationsbeständigkeit als CVD-SiC bietet.

Reaktionsgebundene Stahlbauteile (RBSC) sind nicht auf Sinterhilfsmittel angewiesen, die Verunreinigungen in den Endkörper einbringen und so dessen Festigkeit verringern. Dies macht RBSC zu einer hervorragenden Option für hochreine Anwendungen wie Diffusionsofenbauteile. Auch Gleitringdichtungen, Brennhilfsmittel, Brennerdüsen und Strahlrohre können von diesem Verfahren profitieren, das außerdem eine ausgezeichnete Temperaturstabilität bietet, die die Lebensdauer verlängert, indem sie den durch chemische Reaktionen und Oxidation verursachten Abbau verringert; dies ist besonders wichtig, wenn es sich um Bauteile handelt, die während des Betriebs häufigen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Hohe Festigkeit

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (RB SiC) weist eine der höchsten Mohs-Härten unter den synthetischen Materialien auf und ist daher sehr widerstandsfähig. Daher kann RB SiC sowohl schweren Stößen als auch Hochgeschwindigkeitsabrieb bei hohen Temperaturen standhalten; dies verlängert seine Lebensdauer im Bergbau und anderen Industrien, die unter hohen Temperaturen arbeiten. Darüber hinaus ist RB SiC aufgrund seiner Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit ideal für chemische Anwendungen.

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid wird hergestellt, indem geschmolzenes Silicium in poröse Kohlenstoff- oder Graphitvorformlinge infiltriert wird, wo es mit dem Kohlenstoff reagiert und zusätzliche SiC-Partikel bildet, die sich dann wieder mit der ursprünglichen Siliciumcarbidmatrix verbinden. Dieses Verfahren zur Herstellung von Keramik ist wesentlich schneller als herkömmliche Methoden, die auf Sinterhilfsmittel für die Verschmelzung des Pulvers zu dichten Körpern angewiesen sind; das Ergebnis sind äußerst haltbare Werkstoffe mit außergewöhnlichen Maßtoleranzen im gebrannten Zustand und ausgezeichneter mechanischer Festigkeit.

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (RB SiC) ist im Vergleich zu gesintertem Siliciumcarbid wesentlich kostengünstiger und weist eine geringere Härte auf, so dass es sich für Anwendungen eignet, die eine größere Porosität oder Durchlässigkeit für Gase und Flüssigkeiten erfordern. Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid zeichnet sich auch durch eine außergewöhnliche Temperaturwechselbeständigkeit aus, d. h. es kann raschen Temperaturschwankungen standhalten, ohne an Festigkeit oder Eigenschaften zu verlieren, was RB SiC zu einem ausgezeichneten Werkstoff für Pumpen, Gleitringdichtungen, Lager und andere Industrieanlagen macht.

Hohe Duktilität

Beim Reaktionskleben handelt es sich um eine keramische Formgebungstechnik, bei der poröse, kohlenstoffhaltige Vorformen mit flüssigem Silizium infiltriert werden, das mit dem Kohlenstoff reagiert und mehr SiC bildet, wodurch das ursprüngliche kohlenstoffhaltige Material zusammengeklebt wird.

Mit diesem Verfahren wird eine wesentlich höhere Duktilität als mit herkömmlichen Verfahren erreicht, und es ermöglicht die Herstellung von komplexen RBSC-Produkten mit nahezu reiner Formgebung bei deutlich niedrigeren Temperaturen.

Für das herkömmliche Sintern von RBSC sind sehr hohe Temperaturen erforderlich; je nach Verfahren (Reaktionskleben, Heißpressen oder drucklos) können die Temperaturen 2200 °C übersteigen. Mit dem Aufkommen der Reaktionsbondtechnologie kann der Prozess nun jedoch bei viel niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden.

Um die Biegefestigkeit zu maximieren, muss das flüssige Silizium durch Kapillarkanäle infiltriert werden, ohne diese zu verstopfen. Ein typisches Verfahren kombiniert a-SiC-Pulver mit Graphit oder organischem Bindemittel, das die Exothermie der Infiltration erhöht; dies führt zur Bildung von B-C-SiC-Phasen und einer geringeren Restmenge an Silizium [5].

Beim Gelcasting werden Gelbildungssysteme verwendet, um die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der Endprodukte zu formen. Acrylamid (AM), das am häufigsten verwendete Monomer für diese Anwendung, ist jedoch aufgrund der Sauerstoffhemmung seines Polymerisationsprozesses neurotoxisch und erfordert ungiftige Gelbildungssysteme als Alternativen.

Geringere Dichte

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid weist eine geringere Härte und Festigkeit als gesintertes Siliciumcarbid auf, bietet jedoch eine höhere Verschleißfestigkeit, thermische und chemische Beständigkeit. Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid ist in verschiedenen Formen, Größen und Toleranzen erhältlich und ein vielseitiges Material, das sich perfekt für Gleitringdichtungen, Lager, Rohre, Durchflussregelungsdrosseln sowie größere Verschleißteile im Bergbau und anderen Branchen eignet.

Bei reaktionsgebundenen Verfahren zur Herstellung von SiC-Keramiken werden poröse Kohlenstoff- oder Graphitvorformen mit flüssiger Siliziumschmelze infiltriert, wobei eine In-situ-Reaktion zwischen Silizium und Kohlenstoff zur Bildung von b-SiC stattfindet, das seine ursprünglichen a-SiC-Partikel miteinander verbindet. Die nicht umgesetzten Kapillarkanäle werden dann mit der restlichen Siliziumflüssigkeit aufgefüllt.

Ein Vorteil der RBSC-Herstellung besteht darin, dass sie bei niedrigeren Verarbeitungstemperaturen als beim Sintern durchgeführt werden kann. Allerdings kann die hergestellte Keramik erhebliche Mengen an freiem Silizium enthalten, das bei der Handhabung oder Verwendung unter Druck brechen könnte.

Um freies Silizium zu reduzieren, ist es wichtig, eine kurze RS-Zeit einzuhalten und dem Vorformling Ruß zuzusetzen. Dies kann die relative Dichte des Grünkörpermaterials erhöhen und gleichzeitig die Biegefestigkeit und den Biege-Elastizitätsmodul steigern, wenn der Rußgehalt im Vorformling auf bis zu 15 Gewichtsprozent ansteigt.