Rekristallisiertes Siliziumkarbid

Rekristallisiertes Siliciumcarbid (RSiC) bietet eine außergewöhnliche Festigkeit bei hohen Temperaturen und eine hohe Abriebfestigkeit, was es zum bevorzugten Material für eine Reihe von Anwendungen macht. Dank seiner einzigartigen Mikrostruktur übertrifft rekristallisiertes SiC sowohl reaktionsgesintertes als auch drucklos gesintertes SiC in Bezug auf seine thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften.

RSiC wird im Schlickerguss-, Extrusions- oder Spritzgussverfahren hergestellt und dann zur Verwendung auf hohe Temperaturen erhitzt.

Hohe Festigkeit

Siliziumkarbid ist eine extrem harte und langlebige Keramik mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und hoher Korrosionsbeständigkeit, die in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und in anderen Bereichen zur Steigerung der Leistung von Geräten und zur Verbesserung der Nutzung eingesetzt wird.

Rekristallisiertes Siliziumkarbid (RSiC) weist im Gegensatz zu den meisten SiC-Keramiken eine minimale Schrumpfung während des Sinterns auf und kann in zahlreiche geometrische Formen gebracht werden. Darüber hinaus bleibt seine Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen praktisch konstant, während es massiven Belastungen standhält.

RSiC kann mit verschiedenen Herstellungsverfahren hergestellt werden, darunter Schlickerguss, Extrusion und Spritzguss. Aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegen Oxidationskorrosion, Temperaturschock und Heißfestigkeit ist es ideal für verschiedene Brennhilfsmittelanwendungen, von einfachen Stäben bis hin zu komplexen technischen Teilen, und übertrifft sogar oxidgebundenes Nitrid-SiC-Feuerfest!

Hohe Korrosionsbeständigkeit

Rekristallisiertes Siliciumcarbid ist eine inerte, poröse Sinterkeramik mit hervorragenden umfassenden Eigenschaften, die in zahlreichen Bereichen wie Brennhilfsmitteln, Gasbrennern und Dieselpartikelfiltern Verwendung findet. Dank seiner überragenden Hochtemperatursteifigkeit und Korrosionsbeständigkeit ist rekristallisiertes Siliciumcarbid ein hervorragendes Strukturmaterial für Hochtemperaturumgebungen.

Die Korrosionsbeständigkeit hängt von mehreren Faktoren ab, u. a. von der chemischen Angriffsumgebung und den Reaktionsabläufen innerhalb einer Oxidschicht des Materials. Mechanische Beanspruchung kann diese Stabilität einer Oxidschicht verändern. Geringe Mengen an Yttrium, Hafnium und Seltenerdmetallen können die zyklische Oxidationsbeständigkeit, die Erosionskorrosionsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Oxidabplatzungen verbessern.

Rekristallisiertes Siliziumkarbid bietet nicht nur eine hohe Festigkeit, sondern auch eine sehr geringe Schrumpfung. So können große Teile mit genauen Abmessungen ohne innere Spannungen oder Probleme mit Oberflächenkorrosion hergestellt werden. Durch das Anlegen von Spannung an seine Oberfläche kann es zu einem Korrosionsschutzfilm werden, ohne dass eine spezielle Stromversorgung erforderlich ist; stattdessen erzeugt der Film genügend Wärme, um die Korrosionsquelle wirksam zu zerstören.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Gesintertes Siliciumcarbid unterscheidet sich von den meisten Keramiken durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit und seine geringe Dichte, was es zu einem ausgezeichneten Material für elektrische Anwendungen, einschließlich Kühlleitungen und Schutzbarrieren, macht. Außerdem eignet es sich aufgrund seiner Vibrationsfestigkeit und chemischen Beständigkeit für Motorvibrationen und chemische Verunreinigungen.

Chemikalienbeständiges Gummi wird aufgrund seiner hervorragenden Verschleiß-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit häufig für die Herstellung von Gleitringdichtungen und Pumpen verwendet. Außerdem hält dieses Material Hochgeschwindigkeitsprojektilen wie Kugeln und Schrapnellen stand, die aus Fahrzeugen abgefeuert werden, und ist auch in Dichtungen von Dieselmotoren in Autos zu finden. Auch für Düsen und Ventile wird dieses vielseitige Material aufgrund seiner chemischen und verschleißfesten Eigenschaften verwendet.

RSiC hebt sich von herkömmlichen feuerfesten Materialien durch eine Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften ab, wie z. B. die hohe Nitridhaftung, die niedrige Wärmeausdehnungsrate und die reine Oberfläche. Außerdem ist die Herstellung einfach, da RSiC leicht in verschiedene Formen gebracht werden kann.

Hohe Temperaturwechselbeständigkeit

Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die geringe thermische Ausdehnung von Siliziumkarbid ermöglichen es, den von elektronischen Halbleitergeräten verursachten Wärmeschocks zu widerstehen, was seine Lebensdauer verlängert und es in die Lage versetzt, hohen Temperaturen und Spannungen standzuhalten.

Siliziumkarbid kann sich in zwei Polymorphe verwandeln, wenn es Wasser ausgesetzt wird: Alpha-SiC (a-SiC) mit einer Wurtzit-Kristallstruktur und Beta-SiC (b-SiC), das Zinkblende-Kristalle aufweist. Von den beiden Formen bietet Beta-SiC eine höhere Beständigkeit gegen Korrosions- und Oxidationsangriffe, so dass b-SiC besser geeignet ist.

Durch Verdampfungs- und Konglomerationsverfahren können hochporöse Siliciumcarbidkeramiken mit einer offenen Porosität von 11%-15% und Korngrößen zwischen 100 pm und 500 pm, die so genannten RSICs, hergestellt werden. Dieses Material zeichnet sich durch hervorragende MOR-Werte bei Raumtemperatur sowie durch Beständigkeit gegen Temperaturschocks von 300 Grad Celsius und geringe Schrumpfung während des Sinterns aus und eignet sich für verschiedene Anwendungen wie Brennhilfsmittel - ein immenser Vorteil gegenüber dichten Siliziumoxycarbid-Werkstoffen, denen es an Temperaturschockbeständigkeit und MOR-Fähigkeit fehlt.

Hohe elektrische Isolierung

Rekristallisiertes Siliciumcarbid zeichnet sich als elektrisches Isoliermaterial mit unübertroffenen elektrischen Isoliereigenschaften aus, das hohen Temperaturen standhält, ohne unter Druck zu brechen oder durch Korrosion oder Säurekorrosion beschädigt zu werden - ideal für verschiedene Umgebungen. Dank seiner geringen thermischen Ausdehnung ist es außerdem resistent gegen Brüche durch Hitzeschock.

Kalk-Natron-Glas ist ein ideales Material für den Einsatz in Hochtemperaturöfen und -anlagen, Solartürmen zur Umwandlung von Sonnenlicht in Strom und anderen Anwendungen, die hohe Temperaturen erfordern.

Schlickergießen, Strangpressen und Spritzgießen sind die drei wichtigsten Verfahren zur Herstellung von RSiC. Das Spritzgießen hat sich jedoch aufgrund seiner Kosteneffizienz und Effizienz zur bevorzugten Methode entwickelt. Allerdings neigt spritzgegossenes RSiC dazu, nach der Herstellung schwach und porös zu sein, was seine Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Daher wurde ein zyklischer Prozess der Polymerimprägnierung und -pyrolyse (PIP) mit anschließender Rekristallisation als Lösung entwickelt, der die Biegefestigkeit erhöht und gleichzeitig die Porosität in kommerziellen RSiC-Produkten verringert.

Breite Palette von Anwendungen

Siliciumcarbid wird aufgrund seiner Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit vielseitig eingesetzt. Wegen seiner hohen Festigkeit und Härte wird es häufig in Produkten wie Schleifscheiben und Schneidwerkzeugen, in Hochtemperaturöfen und chemischen Reaktoren sowie in Schutzausrüstungen (Panzer und Schutzwesten) verwendet.

RSiC kann durch verschiedene Techniken hergestellt werden, darunter Schlickerguss, Extrusion und Spritzguss. Nach der Herstellung muss es bei hohen Temperaturen in einem Ofen gesintert werden, um zu rekristallisieren und sich vom Bindemittel zu befreien. Dadurch wird RSiC zu einem elektrischen Isolator mit hervorragender Durchschlagfestigkeit, der sich für elektronische Anwendungen eignet.

Carborundum (/karbrnm/), eine Legierung aus Aluminium und Kohlenstoff, die in der Natur in Form des Edelsteins Moissanit vorkommt, wurde erstmals von Edward Goodrich Acheson als Siliziumkarbid in industrieller Qualität zur Verwendung in Reibungsbremsen und Keramikplatten für kugelsichere Westen in Massenproduktion hergestellt. Carborundum dient auch als Schleifmittel und bildet die Grundlage für die Streuung von Collagraphie-Drucken; direkt auf eine Aluminiumplatte aufgetragen, erzeugt es beim Einfärben Spuren.