Τι είναι το καρβίδιο του πυριτίου;

Το καρβίδιο του πυριτίου παρουσιάζει πολύ υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και μεγάλη σκληρότητα, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε θερμικό σοκ και ανοχή σε θερμικό σοκ.

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (RBSiC) παράγεται με διήθηση υγρού πυριτίου σε πορώδη προπλάσματα άνθρακα ή γραφίτη με ακριβείς διαστάσεις. Αυτή η διαδικασία παράγει προϊόντα υψηλής πυκνότητας με ακριβείς διαστάσεις.

Σκληρότητα

Το καρβίδιο του πυριτίου, ή SiC, είναι ένα άφθαρτο κεραμικό υλικό ικανό να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες, χημική διάβρωση και μηχανική φθορά. Ως ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους λειαντικούς κόκκους με μέση σκληρότητα Mohs 9 συγκρίσιμη με το διαμάντι, το SSiC διαθέτει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση και θερμική σταθερότητα - ιδανικό για εφαρμογές που απαιτούν γρήγορη ταχύτητα και ανοχές κατά τις κατεργασίες.

Το καρβίδιο του πυριτίου σε πυροσυσσωμάτωση και το καρβίδιο του πυριτίου σε αντίδραση είναι οι δύο κύριες μορφές καρβιδίου του πυριτίου. Η παραγωγή περιλαμβάνει τη διήθηση πορωδών μεταλλικών ή κεραμικών σωμάτων με υγρό πυρίτιο προκειμένου να αντιδράσει με τα μόρια άνθρακα που υπάρχουν, να γεμίσει τους πόρους και στη συνέχεια να πυροσυσσωματωθεί για να σχηματίσει πυκνές στερεές μάζες.

Το πυροσυσσωματωμένο καρβίδιο του πυριτίου (SSiC) κατασκευάζεται με συμπίεση και πυροσυσσωμάτωση σκόνης α-SiC με πρόσθετα πυροσυσσωμάτωσης σε ένα στερεό κομμάτι υλικού, συνήθως για εφαρμογές που απαιτούν υψηλά επίπεδα αντοχής και σκληρότητας. Το SSiC διατίθεται σε διάφορα σχήματα και μεγέθη για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις διαφόρων βιομηχανιών.

Η πυροσυσσωμάτωση είναι μια θερμοχημική αντίδραση κατά την οποία τα σωματίδια σκόνης συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα στερεό κομμάτι υλικού, δημιουργώντας ένα ενιαίο, ομοιόμορφο κομμάτι με σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και σύντομους χρόνους πυροσυσσωμάτωσης. Αυτό καθιστά το SSiC ένα οικονομικό υλικό με ανώτερες μηχανικές ιδιότητες και χημική αντοχή από τις διαδικασίες κατασκευής α-SiC με καθαρή CVD.

Αντοχή στη διάβρωση

Το καρβίδιο του πυριτίου παρουσιάζει εξαιρετική χημική αντοχή σε επιθετικά περιβάλλοντα όπως το υδροχλωρικό και το θειικό οξύ. Επιπλέον, η μοναδική δομή του σχηματίζει ένα προστατευτικό επιφανειακό στρώμα που παρέχει μέγιστη προστασία. Αυτό εξηγεί τις υψηλές επιδόσεις του έναντι βάσεων (π.χ. ποτάσα και καυστική σόδα) καθώς και οξειδωτικών οξέων όπως το νιτρικό οξύ. Αυτή η αντοχή μπορεί να αποδοθεί στις εγγενείς ιδιότητές του- οι οποίες δημιουργούν ένα στρώμα παθητικοποίησης στην επιφάνειά του.

Αυτό το στρώμα δρα έτσι ώστε να εμποδίζει την άμεση επαφή μεταξύ του υποστρώματος και των επιτιθέμενων ειδών και τη διάχυση οξυγόνου μέσω αυτού, μειώνοντας σημαντικά τους ρυθμούς διάβρωσης. Η σύνθεσή του και το πάχος του εξαρτώνται από παράγοντες όπως το υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή του, καθώς και από τη θερμοκρασία έκθεσης ή το άμεσο χημικό περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται τα εξαρτήματα.

Το καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση (RB SiC) ξεπερνά το συμβατικό καρβίδιο πυριτίου πυροσυσσωματωμένο (SSiC). Παραγόμενο με διήθηση υγρού πυριτίου σε πορώδη προπλάσματα άνθρακα ή γραφίτη, το RB SiC προσφέρει ανώτερη σκληρότητα και αντοχή, καθώς και καλή αντοχή σε θερμικό σοκ και διάβρωση.

Επιπλέον, το RB SiC έχει επιδείξει εξαιρετικές αντοχές σε θλίψη, εφελκυσμό και κάμψη λόγω της εξαιρετικά πυκνής μικροδομής του και της χαμηλής θερμοκρασίας επεξεργασίας που επιτυγχάνεται μέσω πυροσυσσωμάτωσης αντίδρασης. Επιπλέον, η αντοχή του σε κάμψη αυξήθηκε όσο μειωνόταν το μέγεθος του υπολειπόμενου πυριτίου- έχουν επιτευχθεί πάνω από 1000 MPa όταν ελέγχονται τα μεγέθη σωματιδίων πυριτίου κάτω από 100nm για βέλτιστα αποτελέσματα δοκιμών.

Θερμική αγωγιμότητα

Το καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι ένα από τα σκληρότερα κεραμικά υλικά, με εξαιρετική αντοχή στη φθορά, σταθερότητα στη θερμοκρασία και ιδιότητες θερμικής αγωγιμότητας. Επιπλέον, η αντοχή του SiC στη διάβρωση και στα θερμικά σοκ το καθιστά απαράμιλλο σε σύγκριση με οποιοδήποτε άλλο υλικό στην αγορά. Το SiC με συγκόλληση αντίδρασης προσφέρει χαμηλότερη σκληρότητα, αλλά είναι οικονομικά αποδοτικό και ευκολότερο στην επεξεργασία από το αντίστοιχο υλικό με άμεση πυροσυσσωμάτωση.

Η θερμική αγωγιμότητα του SiC εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη μέθοδο πυροσυσσωμάτωσης και τη χρήση προσθέτων. Για παράδειγμα, το SiC που έχει πυροσυσσωματωθεί με 9 weight% Y2O3-Er2O3 εμφανίζει πολύ χαμηλότερη ηλεκτρική αντίσταση σε σύγκριση με δείγματα χωρίς αυτό το πρόσθετο- αυτό πιθανώς οφείλεται σε μεγάλο αριθμό κενών θέσεων και κρυσταλλογραφικών ατελειών που υπάρχουν στη φάση του και μειώνουν τη θερμική αγωγιμότητα.

Τα πρόσθετα πυροσυσσωμάτωσης προστίθενται στη σκόνη SiC πριν από τη πυροσυσσωμάτωση, προκειμένου να αυξηθεί η πυκνότητα του τελικού προϊόντος και να ενισχυθεί έτσι η πυκνότητα. Δυστυχώς, όμως, η προσθήκη τους μπορεί να αυξήσει τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης και να μειώσει την αντοχή σε κάμψη- ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να βρεθεί μια ισορροπία μεταξύ της θερμικής αγωγιμότητας και της αντοχής σε κάμψη του κεραμικού SiC. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την επιλογή των κατάλληλων πρόσθετων πυροσυσσωμάτωσης και την ανάλογη προσαρμογή της διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης- επιπλέον, τα καθαρά όρια των κόκκων συμβάλλουν στην αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας, καθώς συμβάλλουν στη μείωση των απωλειών θερμότητας μεταξύ των κόκκων και των κενών, αυξάνοντας έτσι τη θερμική αγωγιμότητα, μειώνοντας έτσι τις απώλειες θερμότητας μεταξύ των κόκκων/ κενών, αυξάνοντας έτσι περαιτέρω τη θερμική αγωγιμότητα- επιπλέον, τα καθαρά όρια των κόκκων συμβάλλουν επίσης στην αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας, μειώνοντας τις απώλειες θερμότητας μεταξύ των κόκκων/ κενών, οδηγώντας τελικά σε μεγαλύτερη θερμική αγωγιμότητα μεταξύ των κόκκων/ κενών, αυξάνοντας έτσι τη θερμική αγωγιμότητα του κεραμικού.

Χημική αντοχή

Το SiC είναι γνωστό για την αντοχή του στη διάβρωση σε διάφορα χημικά περιβάλλοντα. Αυτό οφείλεται κυρίως στο σχηματισμό ενός στρώματος οξειδίου στην επιφάνειά του, το οποίο το προστατεύει από την άμεση επαφή με οποιαδήποτε δυνητικά διαβρωτική χημική ουσία, ενώ είναι ένα αδρανές υλικό με πολύ μικρή χημική αντιδραστικότητα - προσθέτοντας περαιτέρω την αντοχή του.

Τα πυροσυσσωματωμένα κεραμικά καρβιδίου του πυριτίου χωρίς πίεση διαθέτουν την υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση μεταξύ των κεραμικών που δεν είναι οξειδωμένα, αντέχοντας σε όλα τα κοινά οξέα (υδροχλωρικό, θειικό, υδροβρωμικό και υδροφθορικό), όλες τις βάσεις (αμίνες ποτάσας και καυστική σόδα) καθώς και σε οξειδωτικά μέσα όπως το νιτρικό οξύ. Ωστόσο, η αντοχή του στη φθορά υπολείπεται αυτής των καρβιδίων βολφραμίου με τσιμέντο κοβαλτίου-χρωμίου, ενώ το διαμάντι προσφέρει μεγαλύτερη προστασία από τη φθορά.

Το καρβίδιο πυριτίου με συγκόλληση αντίδρασης μπορεί να μην προσφέρει τόση αντοχή στη διάβρωση και την τριβή, αλλά η υψηλή σκληρότητα, η αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και η θερμική αγωγιμότητα το καθιστούν κατάλληλο για επιφάνειες στεγανοποίησης, εξαρτήματα αντλιών και άλλες εφαρμογές υψηλής απόδοσης. Επιπλέον, διαθέτει έναν από τους χαμηλότερους συντελεστές θερμικής διαστολής μεταξύ των μη οξειδωτικών κεραμικών για βέλτιστη απόδοση σε διάφορες βιομηχανικές συνθήκες.

Η Junty προσφέρει μια εκτεταμένη επιλογή από συμπυκνωμένο καρβίδιο πυριτίου για τη βελτίωση των τριβολογικών ιδιοτήτων των μηχανικών στεγανοποιήσεων, των κοπτικών εργαλείων, των δακτυλίων φθοράς και των εδρών βαλβίδων. Το έμπειρο προσωπικό μας θα συνεργαστεί στενά μαζί σας για την επιλογή του κατάλληλου βαθμού - είτε καρβίδιο πυριτίου συνδεδεμένο με αντίδραση είτε καρβίδιο πυριτίου απευθείας πυροσυσσωματωμένο - για την εφαρμογή σας.