Τι είναι το συμπυκνωμένο καρβίδιο πυριτίου (SiC);

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα από τα σκληρότερα κεραμικά υλικά και διατηρεί τη σκληρότητά του ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες, προσφέροντας εξαιρετική αντοχή στη φθορά και προστασία από τη διάβρωση. Επιπλέον, το SiC προσφέρει εξαιρετική αντοχή σε φθορές από φθορά και διάβρωση.

Χρησιμοποιώντας τεχνικές ανάλυσης XRD και SEM, αξιολογήθηκε η μικροδομή του πυροσυσσωματωμένου SiC σε υγρή φάση που περιέχει διάφορα πρόσθετα ενεργοποίησης πυροσυσσωμάτωσης. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδρασή τους στην αντοχή σε κάμψη σε θερμοκρασία δωματίου.

Υψηλή αντοχή

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα εξαιρετικά σκληρό υλικό που βρίσκεται στη μεσαία περιοχή της κλίμακας σκληρότητας Mohs μεταξύ της αλουμίνας και του διαμαντιού. Τα κεραμικά SiC παρουσιάζουν συνήθως ανώτερη αντοχή στη θερμοκρασία και αντίσταση στην οξείδωση που αποτελούν βασικά συστατικά σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές.

Οι διεργασίες κατασκευής καρβιδίου του πυριτίου περιλαμβάνουν συνήθως πυροσυσσωμάτωση με αντίδραση, θερμή συμπίεση, πυροσυσσωμάτωση υπό πίεση αερίου και πυροσυσσωμάτωση υπό θερμή ισοστατική πίεση. Η πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις αντίστοιχες διεργασίες: δομή πλήρους πυκνότητας με χαμηλότερες απαιτήσεις θερμοκρασίας επεξεργασίας και καλές δυνατότητες μορφοποίησης καθώς και καθαρότητα. Η πυροσυσσωμάτωση με αντίδραση έχει γίνει η τεχνική επιλογής για την παραγωγή κεραμικών SiC μεγάλου μεγέθους ή σύνθετου σχήματος λόγω των μειωμένων αλλαγών διαστάσεων κατά την κατασκευή που θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο την απόδοσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες.

Μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι τα κεραμικά SiC υψηλής αντοχής που έχουν πυροσυσσωματωθεί με αντίδραση διαθέτουν αντοχές κάμψης σε θερμοκρασία δωματίου έως και 1400 MPa - μία από τις υψηλότερες τιμές μεταξύ των κεραμικών υλικών που δεν είναι οξείδια.

Η πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης είναι μια άλλη μέθοδος παραγωγής καρβιδίου του πυριτίου. Σε αυτή τη διαδικασία, το καρβίδιο του πυριτίου σε σκόνη με βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης που δεν περιέχουν οξείδια διεισδύει σε υγρό πυρίτιο για να αντιδράσει με τον άνθρακα και να παράγει περισσότερο SiC - παράγοντας ένα πυκνότερο προϊόν με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες αλλά με αυξημένο κόστος.

Υψηλή αντοχή στη διάβρωση

Τα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου είναι εξαιρετικά ανθεκτικά στη διάβρωση υλικά. Προσφέρει εξαιρετική αντοχή σε πολλά οξέα (υδροχλωρικό, θειικό, υδροβρωμικό και υδροφθοριούχο οξύ) καθώς και σε βάσεις (όλες οι βάσεις εκτός από τις αλκαλικές) και διαλύτες- επιπλέον, η αντοχή στο νιτρικό οξύ καθιστά αυτό το κεραμικό ιδιαίτερα ανθεκτικό στη φθορά σε υψηλότερες θερμοκρασίες, διατηρώντας παράλληλα τη σκληρότητα και την αντοχή σε όλη τη διάρκεια ζωής του.

Το πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου χωρίς πίεση είναι ένα εξαιρετικά πυκνό υλικό με ανώτερες μηχανικές ιδιότητες, όπως υψηλή αντοχή σε κάμψη και καλή αντοχή σε ερπυσμό. Επιπλέον, η επιφάνειά του έχει μεγάλη αντοχή στην τριβή καθώς και αντοχή στη διάβρωση έναντι πολλών χημικών ουσιών όπως οξέα και αλκάλια.

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση διαφέρει από το SSiC έχοντας πιο χονδρόκοκκους κόκκους και χαμηλότερη αντοχή σε κάμψη, που παράγεται μέσω διήθησης λιωμένου πυριτίου σε πορώδη προπλάσματα άνθρακα ή γραφίτη και χρησιμοποιώντας διαφορετικά πρόσθετα πυροσυσσωμάτωσης που δημιουργούν διαφορετικά χημικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά.

Το SSiC με MgO διαθέτει κρυσταλλική δομή και προσφέρει ανώτερη αντοχή στη διάβρωση από τον ανταγωνιστή του, το RBSIC που παρασκευάζεται με Y2O3, αλλά είναι πολύ λιγότερο δαπανηρό στην παραγωγή, καθιστώντας το καταλληλότερο για ορισμένες εφαρμογές όπου επιθυμούνται υψηλά επίπεδα επιδόσεων με πιο λογικό κόστος. Παρά αυτά τα πλεονεκτήματα κόστους, πολλοί επιλέγουν το SSiC λόγω της εξαιρετικής θερμικής του αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και των ανώτερων τριβολογικών ιδιοτήτων του, που συχνά προδιαγράφονται για μεγάλα φθαρμένα μέρη, όπως στεγανοποιήσεις και ρουλεμάν.

Υψηλή θερμική σταθερότητα

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξαιρετικά σταθερό κεραμικό σε υψηλές θερμοκρασίες και παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή σε θερμικό σοκ, εκτός από αντοχή στη χημική διάβρωση και την οξείδωση, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλόντων και εφαρμογών.

Το καρβίδιο του πυριτίου που έχει υποστεί πυροσυσσωμάτωση ξεχωρίζει μεταξύ των ανταγωνιστών του με τις εξαιρετικές ιδιότητες σκληρότητας και αντοχής στη φθορά, ενώ η θερμική σταθερότητα του επιτρέπει να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να υποβαθμίζεται ή να αλλάζει σχήμα - δύο μοναδικά χαρακτηριστικά που το καθιστούν κατάλληλο για μια σειρά βιομηχανιών, όπως εξαρτήματα εξοπλισμού παραγωγής ημιαγωγών, μεταλλουργικά εξαρτήματα για αεροδιαστημικούς κινητήρες και δομικά υλικά πυρηνικών αντιδραστήρων.

Το καρβίδιο του πυριτίου σε πυροσυσσωμάτωση (SSiC) παράγεται μέσω συμπίεσης και πυροσυσσωμάτωσης καρβιδίου πυριτίου σε σκόνη. Η πυροσυσσωμάτωση περιλαμβάνει τη θέρμανση της σκόνης σε υψηλές θερμοκρασίες για να συγχωνευτεί σε μια πυκνή μάζα με απίστευτη αντοχή που είναι ανθεκτική στην οξείδωση, τη φθορά και τη ρωγμάτωση.

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (RBSiC) παράγεται με την αντίδραση πορώδους πρώτης ύλης άνθρακα με λιωμένο πυρίτιο είτε σε αέρια είτε σε υγρή φάση, παράγοντας ένα τελικό προϊόν που χαρακτηρίζεται από κεραμικό πλήρους πυκνότητας με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες σε ακραίες θερμοκρασίες τελικής χρήσης έως και 1.400degC. Η Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories προσφέρει δύο μορφές RBSiC για προστασία από τις τρέχουσες και τις αναδυόμενες βαλλιστικές απειλές: Και οι δύο τύποι μπορούν να παρέχουν αξιόπιστη βαλλιστική προστασία από τις τρέχουσες βαλλιστικές απειλές καθώς και προστασία από τις τρέχουσες βαλλιστικές απειλές. ενώ το Hexoloy SA SiC μπορεί να προσφέρει χωρίς πίεση πυροσυσσωματωμένο RBSiC, καθώς το Hexoloy SA SiC προσφέρει μορφές RBSiC χωρίς πίεση, προσφέροντας έτσι εξαιρετική αντοχή σε χημικές ουσίες και φθορά σε όλα τα περιβάλλοντα σε σύγκριση με το αντίστοιχο CarSiK-NG SiC έχει εξαιρετική αντοχή σε χημικές ουσίες και φθορά σε ευρύτατα περιβάλλοντα, ενώ το Hexoloy SA SiC προσφέρει χωρίς πίεση πυροσυσσωματωμένη πυροσυσσωματωμένη μορφή η οποία προσφέρει εξαιρετική αντοχή σε χημικές ουσίες και φθορά σε σχέση με το αντίστοιχο CarSiK-NG SiC. Και οι δύο παραλλαγές από την Saint Gobain Performance Ceramics Refractories προσφέρει δύο εκδόσεις από την Saint Gobain Performance Ceramics Refractories προσφέρει δύο ποικιλίες από την Saint Gobain Performance Ceramics Refractories προσφέρει δύο χωρίς πίεση πυροσυσσωματωμένη μορφή που προσφέρει χωρίς πίεση πυροσυσσωματωμένη μορφή που προσφέρει και τους δύο τύπους. CarSiK-NG SiK-NG SiK-NG SiK-NG SiK-NG SiK-NG προσφέρει χωρίς πίεση πυροσυσσωματωμένη μορφή προσφέρει χωρίς πίεση πυροσυσσωματωμένη Hexoy SA SiC χωρίς πίεση RBSiK-NG SiC επίσης σχεδιαστεί για να ανταποκρίνεται στις τρέχουσες και αναδυόμενες βαλλιστικές απειλές απειλές: Hexoy Performance Ceramics Refractories προσφέρονται και οι δύο τύποι που διατίθενται από την Saint Gobain Performance Ceramics Refractories Performance Ceramics Refractories Performance Ceramics Refractories Performance Ceramics Refractories Performance Ceramics Refractories προσφέρουν Hexoloy SA SiK-NG για βαλλιστικές απειλές ενώ CarSiK-NG SiC τόσο ως προστασία από CarSiK-NG SiC και οι δύο προσφέρουν εξαιρετική χημική αντοχή στη φθορά κατά των σημερινών και αναδυόμενων βαλλιστικών απειλών ενώ CarSiK-NG SiC προσφέρονται CarSiK-NG και οι δύο τύποι μπορούν και οι δύο CarSiK-NG SiC προσφέρουν και οι δύο προσφέρονται σχεδιάζονται CarSiK-NG θα παράγει 2NG παρέχει CarSiKNG SiKNG προσφέρει CarSiKNG προσφέρει CarSiKNG προσφέρει δύο ποικιλίες σχεδιασμένες Car SiK-NGNG προσφέρει δύο μορφές RBSiK-NG είναι σχεδιασμένες CarSiK-NG siCar για πυρίμαχα υλικά CarSiK-NG προσφέρει CarSiK-NG SiCarSiK-NG SiCarSiK-NG SiCarSiK-NG SiK Refrac να προστατεύει να CarSiK-NG SiK-NG SiCar όπως και οι δύο είναι και τα δύο προϊόντα σχεδιασμένα Car SiK NG που και οι δύο μορφές προσφέρονται ως προστασία από CarSiK-NG SiK-NG SiK-NG CarSiKNG CarSiK-NG SiC για προστασία από CarSiK-NG SiK-NG SI KNG NG SiK-NG SiK-NG SiK-NG SiK-NG SiK-NG προσφέρει δύο μορφές CarSiK-NG SiK-NG προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στη χημική φθορά HexoloYRa NG SIKC παρέχουν επίσης πιο αποτελεσματική προστασία από CarSiK-NG SIKC για να protectsiK-NG SiC για

Εξαιρετικές τριβολογικές ιδιότητες

Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα ιδανικό υλικό για μηχανολογικές εφαρμογές λόγω της ανώτερης σκληρότητας, ακαμψίας και θερμικής αγωγιμότητας. Επιπλέον, είναι χημικά αδρανές με χαμηλό συντελεστή διαστολής και κατεργάζεται με συμβατικά κεραμικά εργαλεία - όλες αυτές οι ιδιότητες το καθιστούν κατάλληλο για χρήση σε εξαρτήματα εξοπλισμού παραγωγής ημιαγωγών, σε συσκευές οπτικών κατόπτρων σε διαστημικές αποστολές καθώς και σε δομικά υλικά για αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης. Παράγεται χρησιμοποιώντας διάφορες διεργασίες όπως πυροσυσσωμάτωση υπό πίεση αερίου, θερμή ισοστατική συμπίεση, πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης ή χημική εναπόθεση ατμών- η πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης ξεχωρίζει λόγω του ότι παράγει πλήρεις δομές densen ενώ χρησιμοποιεί λιγότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας από άλλες διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης μέθοδοι πυροσυσσωμάτωσης πυροσυσσωμάτωσης παράγει πλήρεις δομές densen σε σύγκριση με άλλες διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης με αποτέλεσμα πλήρεις δομές densen με πλήρεις δομές densen που παράγονται με λιγότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας απαιτούμενες θερμοκρασίες επεξεργασίας από άλλες χρησιμοποιούμενες διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης.

Η πυροσυσσωμάτωση χωρίς πίεση αναπτύχθηκε για την αύξηση της αντοχής του πυροσυσσωματωμένου καρβιδίου του πυριτίου με την προσθήκη βορίου και άνθρακα στο μείγμα πυροσυσσωμάτωσης, μειώνοντας έτσι την επιφανειακή ενέργεια των κόκκων. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διεργασίες πυροσυσσωμάτωσης στερεάς φάσης, η πυροσυσσωμάτωση χωρίς πίεση επιτρέπει συμπύκνωση έως και 99%, ενώ καταστέλλει την ανάπτυξη των κόκκων για αυξημένη αντοχή σε θραύση των πυροσυσσωματωμένων σωμάτων. Δυστυχώς, ωστόσο, η τεχνική αυτή είναι τόσο δαπανηρή όσο και πολύπλοκη στη λειτουργία της, με περιορισμένα μεγέθη/σχήματα προϊόντων που καθιστούν την επεκτασιμότητα περιορισμένη ανάλογα με τις βιομηχανικές απαιτήσεις.

Τα σύνθετα υλικά μικροσφαιριδίων μικροάνθρακα-καρβιδίου του πυριτίου (MCMB-SiC) που περιέχουν 0-30 τοις εκατό σωματίδια MCMB κατασκευάστηκαν με πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης και αξιολογήθηκαν οι τριβολογικές τους ιδιότητες. Η αντοχή στη φθορά αυξήθηκε, ενώ η καμπύλη του συντελεστή τριβής παρουσίασε φθίνουσα τάση με την αύξηση των χρόνων δοκιμής- η βελτίωση αυτή μπορεί να αποδοθεί στο σχηματισμό λιπαντικών φιλμ στις επιφάνειες ολίσθησης που προκαλούνται από τα σωματίδια MCMB.