Nitridgebundenes Siliziumkarbid

Nitridgebundenes Siliciumcarbid (NbSC) ist ein keramischer Hochtemperaturwerkstoff, der in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt wird. Zu seiner Herstellung werden Siliziumpulver und gasförmiger Stickstoff bei erhöhten Temperaturen mit Hilfe von Magnesium als Sinterhilfsmittel gemischt.

Es wurde festgestellt, dass nitridgebundenes Siliziumkarbid in leichten Böden mit losen Sandkörnern eine viel höhere Verschleißfestigkeit als Stahl aufweist und in schweren Böden mehr als sechsmal so hoch ist; das Verschleißmuster variiert jedoch je nach Art des Bodens, in dem es eingesetzt wurde.

Hohe Temperaturbeständigkeit

Nitridgebundenes Siliciumcarbid bietet eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und kann plötzliche Temperaturschwankungen ohne Risse oder Brüche überstehen. Darüber hinaus ist seine Oberfläche resistent gegen chemische Angriffe und Oxidation und bietet somit maximalen Schutz vor Degradation.

Die Stärke von NB SiC liegt in seinem Herstellungsverfahren: der Nitrierung. Dabei wird ein Gemisch aus Siliciumcarbidkörnern und metallischem Siliciumpulver in eine Spritzgussform gegossen/gepresst/spritzgegossen und in einer stickstoffreichen Atmosphäre erhitzt, bis sich das gesamte metallische Siliciumpulver in keramikreiche Phasen umgewandelt hat, die die Siliciumcarbidkörner zu einer festen Masse zusammenbinden, wodurch eine undurchdringliche keramische Phase und ein bruchsicheres und schrumpffreies Produkt entstehen, das sich perfekt für die Herstellung von Steinen eignet, die in Öfen und Brennöfen verwendet werden.

Nitridgebundenes Siliciumcarbid übertrifft reaktionsinfiltriertes Siliciumcarbid bei weitem. Reaktionsinfiltriertes Material hat in der Regel Poren von 5 - 15% und sollte nur in Anwendungen mit geringer Beanspruchung verwendet werden, ohne direkt von Nichteisenmetallen oder geschmolzenen Schlacken angegriffen zu werden. Nitridgebundenes Siliciumcarbid übertrifft auch heißgepresste und heißisostatisch gepresste Sorten, die beide eine höhere Porosität aufweisen, was die Anwendung auf kleine Geometrien beschränkt.

Extreme Härte

Nitridgebundenes Siliciumcarbid (NBSC) ist ein extrem zähes Material mit einer außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit, das mit einer Härte von 1080 wesentlich härter ist als Stahl und aus dem sich nahezu endkonturnahe Formen herstellen lassen, die Metallkomponenten nachahmen. Als solches ist NBSC ein idealer Ersatz für Legierungen oder andere feuerfeste Werkstoffe unter schweren Einsatzbedingungen und kann auch als abriebfeste Auskleidung von Zyklonen in Mineralienanlagen und Kohlekraftwerken sowie für korrosionsbeständige Anwendungen in Chemieanlagen eingesetzt werden.

Nitridgebundenes Siliciumcarbid weist bei leichten Bodenverhältnissen eine hohe Schlagverschleißfestigkeit auf, leidet jedoch bei schwereren Bodenverhältnissen unter dem Angriff loser, abrasiver Sandkörner auf die Oberfläche. Diese Art von Verschleiß wird oft durch Kratzen und Furchen beschrieben und nicht durch aggressive Erosion, wie sie bei Materialien wie XAR 600-Stählen oder F-61-Polsterschweißnähten auftritt.

Gesintertes Siliziumkarbid bietet eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit und Kriechfestigkeit, was es zum idealen Werkstoff für Hochtemperaturanwendungen zwischen 1300 und 1650 °C macht. Darüber hinaus machen die einzigartige mechanische Festigkeit, der niedrige lineare Ausdehnungskoeffizient, die gute chemische Stabilität und die leicht zu verarbeitende Mikrostruktur dieses Material äußerst benutzerfreundlich. IPS Ceramics kann Ihnen gesinterte Siliziumkarbidplatten, -rohre oder -balken liefern, die alle Ihre Anforderungen an Brennhilfsmittel erfüllen.

Gute mechanische Festigkeit

Nitridgebundenes Siliziumkarbid ist aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit ein ausgezeichnetes Material für die Abriebfestigkeit. Bei leichten Bodenverhältnissen ist es aufgrund seiner höheren Widerstandsfähigkeit gegenüber Stählen wie Borstahl oder F-61 Padding Weld sogar noch verschleißfester als deren Pendants aus Stahl. Der genaue Verschleißweg hängt letztlich davon ab, wie die abrasiven Partikel mit den Reibungsflächen interagieren - lose Sandkörner, die sich frei bewegen, können diese Flächen zerkratzen, während hartnäckige Partikel sie abschlagen können.

Nitridgebundenes Siliciumcarbid wird durch Nitrieren eines Formkörpers aus SiC-Granulat und metallischem Siliciumpulver in einer Stickstoffatmosphäre hergestellt. Dabei wandelt sich das metallische Silizium in Siliziumnitrid um, das sich fest mit den SiC-Körnern verbindet und eine dichte Struktur bildet.

Das daraus resultierende Material ist nicht nur resistent gegen chemische Angriffe und Korrosion bei Temperaturen von bis zu 1600oC, sondern bietet auch eine hervorragende mechanische Festigkeit - Eigenschaften, die NB SiC ideal für Anwendungen wie Brennhilfsmittel, Wafer-Tray-Träger und Paddles oder andere Hochtemperatur-Niederdruck-Anwendungen machen. IPS Ceramics bietet sowohl offenporige als auch völlig dichte Formen dieses Materials an.

Chemisch inert

Nitridgebundenes Siliciumcarbid ist nicht anfällig für chemische Angriffe, so dass es sich für Anwendungen mit aggressiven Chemikalien eignet. Außerdem bietet es eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit.

Feuerfeste Keramik ist ein ideales Material für Straßenbauprojekte, bei denen schwere Lastwagen eingesetzt werden, da es hervorragende Verschleißeigenschaften bei abrasiven Bodenmassen aufweist und dem Druck von Fahrzeugen bei hohen Temperaturen standhält. Daher ist es eine ausgezeichnete Wahl für Pflaster- und Straßenbauanwendungen, bei denen schwere Lkw zum Einsatz kommen können.

Wie sich nitridgebundenes Siliziumkarbid abnutzt, hängt von der Beschaffenheit und der Korngrößenverteilung einer abrasiven Bodenmasse ab. Leichte Böden führen in der Regel zu losen Sandkörnern, die sich frei über die Oberfläche bewegen und die Reibungsflächen zerkratzen; bei schwereren Bodenmassen ist die Abrasionswirkung geringer und es kommt zu Mikroschnitten, die zur Entfernung weicher Schichten führen (Abbildung 1).

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (RB SiC) entsteht durch Einspritzen von geschmolzenem Silicium in poröses Kohlenstoffmaterial, das in das gewünschte Teil eingepackt wird, wodurch es reagiert und zu SiC wird. RB-SiC ist ein extrem hartes Material mit hervorragender mechanischer Festigkeit, das in verschiedenen Formen und Größen für die Verwendung als Gleitringdichtung, Lager oder Durchflussregelungsdrossel hergestellt werden kann.

Korrosionsbeständigkeit

Nitridgebundenes Siliciumcarbid (NiC) ist ein extrem starkes keramisches Material, das aus SiC-Teilchen besteht, die durch Nitridierung miteinander verschmolzen sind. Nitridgebundenes SiC ist ideal für Anwendungen, die eine hohe Tragfähigkeit und Temperaturbeständigkeit erfordern, wie z. B. schwere Maschinen.

NBSiC ist resistent gegen Korrosion durch Säuren, geschmolzene Salze und Halogene. Darüber hinaus weist dieses Material eine gute Schlackenbeständigkeit und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auf; außerdem kann es Temperaturen von bis zu 1650 Grad Celsius standhalten und behält dabei seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften.

Die Korrosion von NBSiC ist ein mehrstufiger Prozess, der von verschiedenen Spezies, Verunreinigungen, Sinterhilfsmitteln, Korngrenzenphasen, Porosität und Oberflächenmorphologien beeinflusst wird. Es ist bekannt, dass geopferte Oxidschichten auf Substraten eine parabolische Reaktionskinetik fördern, die die Sauerstoffdiffusionsrate verringert.

Es wurde festgestellt, dass die Verschleißfestigkeit von NBSiC von der Art der Bodenmasse abhängt, der es ausgesetzt war. Leichte Böden zeigten im Vergleich zu Stählen und Schweißpolstern die besten Abnutzungseigenschaften, während mittlere und schwere Böden die geringste Abnutzung aufwiesen, was auf das Eindringen von Schlacke zurückzuführen ist, die dazu führt, dass weiche Partikel von NBSiC mit der Zeit abplatzen.