Καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (RB SiC) σχηματίζεται με διήθηση ενός πορώδους προπλάσματος άνθρακα ή γραφίτη με λιωμένο πυρίτιο. Αν και διαθέτει χαμηλότερη σκληρότητα από το καρβίδιο πυριτίου που έχει πυροσυσσωματωθεί, η εξαιρετική αντοχή του στη φθορά αντισταθμίζει τις όποιες πιθανές διαφορές.

Το σύνθετο υλικό μεταλλικής μήτρας (MMC) είναι επίσης ιδανικό για την κατασκευή μεγαλύτερων εξαρτημάτων φθοράς στα ορυχεία και σε άλλες βιομηχανίες, χάρη στην εξαιρετική σταθερότητα στη διάβρωση και τη θερμοκρασία, καθώς και στους χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής.

Υψηλή αντοχή

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (RBSC) είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό κεραμικό υλικό. Προσφέρει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση από οξέα και αντοχή στη φθορά, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε μηχανικές τσιμούχες και ρουλεμάν καθώς και σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Επιπλέον, η αντοχή του επιτρέπει να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς βλάβη - ένα ακόμη πλεονέκτημα.

Η κατασκευή εξαρτημάτων RBSC είναι απλή. Το υλικό συνδυάζει χονδρό καρβίδιο του πυριτίου, πυρίτιο και πλαστικοποιητές σε μια πρέσα διέλασης πριν θερμανθεί και διαμορφωθεί στην επιθυμητή μορφή. Αυτή η αντίδραση επιτρέπει στους κατασκευαστές να δημιουργούν εύκολα μεγάλα ή πολύπλοκα εξαρτήματα με μικρές μόνο παραλλαγές σε σχέση με τις αρχικές τους διαστάσεις - συνήθως όχι περισσότερο από ένα τοις εκατό σε διακύμανση με την πάροδο του χρόνου.

Σε σύγκριση με το πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου, το RBSC προσφέρει χαμηλότερη αντοχή και σκληρότητα, αλλά είναι πιο οικονομικό στην παραγωγή. Επιπλέον, η αντοχή του στη φθορά και την κρούση είναι ανώτερη, όπως και η αντοχή του σε θερμικό σοκ.

Το καρβίδιο του πυριτίου διαφέρει από τα παραδοσιακά κεραμικά στο ότι σχηματίζεται μέσω χημικής αντίδρασης και όχι μέσω συμπίεσης και πυροσυσσωμάτωσης, χρησιμοποιώντας έναν αποτελεσματικό συνδυασμό πυριτίου με άνθρακα για να συνδεθεί σε ένα πορώδες προπλάσμα, δημιουργώντας SiC. Το SiC είναι γνωστό για την ανώτερη θερμική του σταθερότητα και την αντοχή του στη διάβρωση και την οξείδωση, καθώς και για την υψηλή θερμική αγωγιμότητά του- ως εκ τούτου, έχει πολυάριθμες βιομηχανικές χρήσεις, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής μόνωσης και της επένδυσης κλιβάνων - ακόμη και εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, όπως αεριοστρόβιλοι και ακροφύσια καύσης, χρησιμοποιούν εξαρτήματα SiC στην κατασκευή.

Σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες

Το καρβίδιο πυριτίου με συγκόλληση αντίδρασης μπορεί να κατασκευαστεί ως ένα εξαιρετικά σκληρό και ανθεκτικό στην τριβή υλικό, καθιστώντας το ιδανικό για εφαρμογές που περιλαμβάνουν ακραίες πιέσεις ή θερμοκρασίες. Επιπλέον, το RB SiC είναι θερμικά σταθερό - που σημαίνει ότι δεν θα υποστεί παραμόρφωση ή υποβάθμιση ακόμη και σε ακραίες θερμοκρασίες.

Η σταθερότητα του RB SiC σε υψηλές θερμοκρασίες οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη χημεία του. Η χημική διάλυση του πυριτίου λαμβάνει χώρα σε θέσεις που είναι γνωστές ως "kink atoms" (δομή Α στο Σχήμα 28), όπου κάθε άτομο πυριτίου δεν μπορεί να σχηματίσει τέσσερις δεσμούς με άλλα άτομα πυριτίου στο κρυσταλλικό πλέγμα- αντίθετα, αυτές οι μοναδικές θέσεις σχηματίζουν δεσμούς είτε με ΟΗ είτε με Η ligands από τα γύρω μόρια μέχρι να εξελιχθούν σταδιακά στις δομές Β και C με την πάροδο του χρόνου.

Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί συνήθως την αντίδραση μεταξύ πυριτίου και άνθρακα ως διηθητικό υγρό και νερό ως υγρό διήθησης, και αποτελεί βασικό βήμα για την παραγωγή RB SiC, με παραμέτρους που περιλαμβάνουν τη μορφολογία του πορώδους προπλάσματος και τη θερμοκρασία τήγματος να μελετώνται ως βασικοί παράγοντες.

Η έρευνα αυτή οδήγησε στην ανάπτυξη μιας καινοτόμου διαδικασίας για την κατασκευή RB SiC με υψηλό πορώδες και εξαιρετική σταθερότητα διαστάσεων, εξοικονομώντας χρόνο και κόστος σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνικές διαμόρφωσης κεραμικών. Η μέθοδος αυτή είναι ιδιαίτερα επωφελής κατά την παραγωγή μεγαλύτερων εξαρτημάτων φθοράς για την εξόρυξη ή άλλες βιομηχανίες.

Αντοχή σε θερμικό σοκ

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση προσφέρει εξαιρετική αντοχή σε θερμικό σοκ, που σημαίνει ότι μπορεί να αντέξει τις γρήγορες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας χωρίς να παραμορφωθεί. Ως εκ τούτου, είναι ιδανικό για περιβάλλοντα όπως οι αεριοστρόβιλοι και οι πυρηνικοί αντιδραστήρες που παρουσιάζουν υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας.

Το RB SiC παράγεται με έγχυση υγρού πυριτίου σε πορώδες προπλάσμα άνθρακα ή γραφίτη. Σε σύγκριση με το πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου (SSiC), διαθέτει χαμηλότερη σκληρότητα αλλά έχει μικρότερο κόστος παραγωγής- η διαπερατότητά του σε αέρια και υγρά το καθιστά επίσης πιο αναπνεύσιμο από το αντίστοιχο SSiC- η αντοχή του στη φθορά και τη διάβρωση του επιτρέπουν να αντέχει σε ακραίες συνθήκες, όπως η τριβή λόγω ολίσθησης και οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας.

Τα πορώδη κεραμικά SiC που έχουν συνδεθεί με ίνες και με αντίδραση in situ επέδειξαν εξαιρετική αντοχή διατήρησης όταν υποβλήθηκαν σε θερμικό σοκ- και τα δύο υλικά κατάφεραν να διατηρήσουν πάνω από 90% της αρχικής τους αντοχής σε κάμψη ακόμη και μετά από ταχεία ψύξη.

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα από τα σκληρότερα τεχνικά κεραμικά, διατηρώντας τη σκληρότητά του ακόμη και σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Λόγω του συνδυασμού σκληρότητας, αντοχής στη θερμότητα και τη φθορά και χαμηλού βάρους, καθιστά το SiC μια εξαιρετική επιλογή υλικού για επιφάνειες στεγανοποίησης και αντλίες υψηλής απόδοσης, καθώς και χημικής αδράνειας που αντιστέκεται στη διάβρωση σε σκληρά περιβάλλοντα.

Αντοχή στη διάβρωση

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (RB SiC) είναι ένα εξαιρετικό κεραμικό υλικό με ανώτερη μηχανική αντοχή και θερμική σταθερότητα. Επιπλέον, η αντοχή του στη διάβρωση και την οξείδωση επιτρέπει την παραγωγή διαφόρων σχημάτων και μεγεθών, καθιστώντας το RB SiC ένα ανεκτίμητο συστατικό σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, όπως η παραγωγή ενέργειας. Συνήθεις εφαρμογές αυτού του υλικού είναι τα ακροφύσια απονιτροποίησης/αποθείωσης σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας, οι ανθεκτικές στη φθορά επενδύσεις που χρησιμοποιούνται σε επιχειρήσεις εξόρυξης και τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε κλιβάνους ημιαγωγών.

Το RB SiC δημιουργείται διεισδύοντας σε ένα πορώδες προπλάσμα άνθρακα με υγρό πυρίτιο και στη συνέχεια αντιδρώντας με άνθρακα για να σχηματιστεί επιπλέον πυρίτιο και να συνδεθούν οι κόκκοι μεταξύ τους γρήγορα και υπό έλεγχο θερμοκρασίας. Αυτή η αντίδραση επιτρέπει ακριβείς ανοχές, καθώς δεν συρρικνώνεται κατά τη διήθηση - που σημαίνει ότι μπορούν να παραχθούν μεγάλες, ακριβείς διαστάσεις χωρίς απώλεια ακεραιότητας.

Το RB SiC προσφέρει εξαιρετική χημική αντοχή και μπορεί να αντέξει τη διάβρωση που προκαλείται από τα περισσότερα οξέα, αλκάλια και οξειδωτικά. Επιπλέον, η αδρανοποίησή του το καθιστά εξαιρετική επιλογή για χρήση σε σκληρά περιβάλλοντα- επιπλέον, ο χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής του εξασφαλίζει την αντιμετώπιση ταχέων μεταβολών της θερμοκρασίας χωρίς να προκαλείται θερμικό σοκ.