Piikarbidi Materiaali

Piikarbidi (SiC) on yksi kovimmista materiaaleista timantin jälkeen. Poikkeuksellisen lujuutensa ja kulutuskestävyytensä ansiosta SiC soveltuu erinomaisesti esimerkiksi hioma- ja tulenkestävyyssovelluksiin.

SiC:tä esiintyy sekä luonnostaan moissaniittimineraaleissa että synteettisesti valmistettuna yrityksissä, kuten Blasch ULTRONin sintrattu SiC. SiC:llä on useita etuja muihin keraamisiin materiaaleihin verrattuna, muun muassa seuraavat:.

Korkean lämpötilan kestävyys

Piikarbidi on oksiditon keraaminen aine, jota käytetään sovelluksissa, jotka vaativat korkeaa termistä ja mekaanista suorituskykyä, kuten teollisuuskoneiden kulutusta kestävissä osissa ja uunien kulutusta kestävissä pinnoitteissa. Lisäksi piikarbidin kemiallisen rakenteen ansiosta se kestää äärimmäisiä lämpötiloja.

Koska polyimidin molekyylikoko on erittäin pieni ja se pakkautuu tiiviisti yhteen, sen lämpölaajenemisnopeus on erittäin alhainen, mikä johtaa sen koostumuksen korkeaan lämmönkestävyyteen.

Koska se kestää korroosiota ja muita kemiallisia reaktioita korkeissa lämpötiloissa, jotka tavallisesti vahingoittaisivat muita keramiikkatyyppejä, sitä käytetään usein kemiallisissa käsittelysovelluksissa - esimerkiksi hitsatuissa lämmönvaihtimissa, joissa käsitellään erittäin happamia tai emäksisiä seoksia korkeissa prosessilämpötiloissa. Tämän vuoksi se soveltuu erinomaisesti kemiallisiin käsittelysovelluksiin, joissa käytetään korkeita prosessilämpötiloja, kuten kemiallisissa reaktoreissa esiintyvien erittäin happamien tai emäksisten seosten käsittelyssä.

SiC soveltuu erinomaisesti myös öljy- ja kaasusovelluksiin, kuten pyöriviin venttiileihin tai laippoihin, jotka altistuvat voimakkaalle likaantumiselle, kulumiselle ja korroosiolle. SiC-mekaanisia laakereita ja tiivisteitä käytetään usein pumpattaessa erittäin hankaavia tai syövyttäviä aineita pumppujärjestelmien läpi, kuten säiliöiden tyhjennyspumppujen pumppujärjestelmissä, tai räjäytyssuuttimissa, joissa käytetään räjäytysaineita, kuten öljylieteseoksia sisältäviä öljylieteseoksia tai räjäytysaineita, kuten hiekkasoraa sisältäviä räjäytysaineita.

Piikarbidin laaja kaistaleveys tekee siitä erityisen sopivan elektronisiin sovelluksiin, sillä se vähentää elektronien siirtämiseen valenssi- ja johtumiskaistojen välillä tarvittavaa energiaa, mikä määrittää, toimiiko se eristeenä, johtimena vai puolijohdemateriaalina. Piikarbidista tulee puolijohde, kun sen materiaalikoostumukseen lisätään seostusaineita, kuten booria ja alumiinia.

Piikarbidin laaja kaistanleveys tekee siitä houkuttelevan materiaalivalinnan korkean suorituskyvyn tehotransistoreihin. Se kestää suurempia jännitteitä ennen vikaantumista, mikä johtaa pienempiin laitteisiin, joiden hyötysuhde on parempi ja jotka säästävät energiaa - tämä ominaisuus voi tulla esiin erityisesti sähköautoissa, joissa tehokkuusvaatimukset voivat olla erityisen suuret.

Korroosionkestävyys

Piikarbidi on kemiallisesti inertti materiaali, jolla on erinomainen korroosionkestävyys. Se kestää altistumista epäorgaanisille hapoille (kloorivetyhappo, rikkihappo ja fluorivetyhappo), emäksille ja suoloille sekä väkeville rikkihappoliuoksille (etikkahappo ja kloori) ja muille hapettaville aineille, kuten väkeville rikkihappoliuoksille tai kloorikaasupitoisuuksille. Piikarbidia käytetään terästen ja metallien valmistuksessa sekä keramiikan ja lasin valmistuksessa, korkealämpöuunien laitteiden valmistusprosesseissa tai korkealämpöuunien laitteiden valmistusprosesseissa.

Saatavilla on kattava valikoima teollisuuden piikarbidilaatuja, jotka vaihtelevat hienorakeisista karkearakeisiin ja joiden raekoko on jopa 1,5 mm. Näiden tuotantomenetelmiin kuuluvat reaktiosidottu SiC, sintrattu SiC ja nitridisidottu piikarbidin valmistus. Kaikki tarjoavat erinomaisen korroosionkestävyyden sekä pitkäaikaisen lujuuden säilymisen erittäin korkeissa lämpötiloissa.

Reaktiosidottu piikarbidi valmistetaan infiltroimalla jauhemaisen piikarbidin ja nestemäisen piin seosta infuusoriin, jolloin syntyy kiteistä piikarbidia. Kun tämä tuote on luotu, se voidaan nitridoida reagoimalla se metallisen piijauheen kanssa typpi-ilmakehässä, jolloin syntyy pintatason nitridejä ja oksideja, jotka tuottavat uusia rakenteita sen pinnalle.

Tämän menetelmän lisäetuna on, että sen komponentit ovat tiiviisti pakattuja yhteen, mikä muodostaa poikkeuksellisen vahvan esteen hapen diffuusiolle kiderakenteen ytimeen. Tämän seurauksena korroosionopeus pysyy erittäin alhaisena, vaikka niiden pinnoilla on runsaasti vapaata piitä.

Piikarbidin nitridit ja oksidit ovat tiiviitä materiaaleja, jotka luovat erittäin kovan ja sitkeän pinnan, joka kestää mekaanisia vaurioita, mikä vaikuttaa merkittävästi sen korkeaan korroosionkestävyyteen sekä poikkeukselliseen kovuuteen, kulutuskestävyyteen ja väsymislujuuteen.

Paineettomalla sintrauksella valmistettujen karkearakeisten SIC-laatujen korroosionkestävyys on erityisen vaikuttava, ja 3PB-kokeet osoittavat tämän ilmiön vaikuttavan selvästi. Jopa sen jälkeen, kun ne on altistettu sulalle kloorille pitkiä aikoja, niiden lujuus pysyy lähes vakiona pitkien ajanjaksojen ajan - uskomaton etu monissa sovelluksissa.

Korkea lujuus

Piikarbidi (SiC) on yksi vahvimmista tunnetuista materiaaleista, joka on toiseksi vahvin timantin jälkeen. SiC:tä käytetään laajalti hioma-aineissa ja kulutusta kestävissä osissa sen kovuuden vuoksi, tulenkestävissä aineissa ja keramiikassa sen lämmönkestävyyden ja alhaisen lämpölaajenemisen vuoksi sekä elektroniikassa sen sähköisten ominaisuuksien vuoksi.

Korkean lämpötilan keramiikka on erittäin tulenkestävää ja kemikaalinkestävää korkeissa lämpötiloissa, joten se soveltuu uunien vuorauksiin ja kaasuturbiinien roottorien eristyssovelluksiin. Vaikka keramiikka ei liukene veteen ja alkoholiin, se kestää useimpien orgaanisten happojen, emästen ja sulatettujen suolojen vaikutuksia jopa 1600 celsiusasteen lämpötilaan asti liukenematta. Korkean lämmönjohtavuuden ja erittäin alhaisen laajenemiskertoimen ansiosta se on ihanteellinen eristysmateriaali.

SiC:n vahvuutena on sen kerrosrakenne, joka voi olla monessa muodossa tai monityyppinen. Kukin kerros koostuu neljästä hiili- ja piiatomista, jotka ovat kovalenttisesti sidoksissa tetraedriseen kokoonpanoon. Niiden kulmat yhdistyvät toisiinsa erilaisiin suuntiin, jotka luovat ainutlaatuisia polytyyppejä; niiden tiivis pakkautuminen lisää lujuutta huomattavasti.

Sintratun SiC:n tiheys on suuri, mutta käytetyt korkeat lämpötilat voivat joskus johtaa kaulan kasvuun ja tiivistymisongelmiin. Tämän vuoksi tämän materiaalin tuottamiseksi tehokkaammin käytetään usein reaktioliimausmenetelmää, jossa jauhemainen piidioksidi- tai kvartsihiekkaseos yhdistetään 10-50%-puhtaaseen piikarbidijauheeseen, ennen kuin se poltetaan matalassa paineessa erityisessä puristimessa SiO2:n haihtumisen estämiseksi ja samalla kaulan kasvun rajoittamiseksi.

Noin 3% suuremman esimuodon eksoterminen nitridointi voi myös tuottaa SiC:tä, joka säilyttää lujuutensa korkeammissa lämpötiloissa, mikä mahdollistaa eripaksuisten seinämien valmistuksen samalla kun osien rakenteellinen eheys säilyy.

Piikarbidin korkean lämpötilasuorituskyvyn ansiosta se on houkutteleva materiaalivalinta sovelluksissa, jotka koskevat sähköuunien vastuslämmityselementtejä, puolijohdeuunien kiekkotarjottimien tukia ja tyynyjä, termistoreiden ja varistorien sähköisiä eristysominaisuuksia, hioma-aineita sekä vastushitsauksen vastushitsaussäikeitä.

Korkea tiheys

Piikarbidin tiheys on erittäin suuri, noin 3,21 g/cm3 , ja sen tiheä kiderakenne muodostaa atomien välille tiiviitä molekyylisidoksia, jotka yhdistävät ne kovalenttisesti. Vaikka piikarbidi ei liukene veteen ja alkoholiin, se kestää useimpia orgaanisia happoja ja epäorgaanisia suoloja, kuten fosfori-, typpi-, rikki- ja suolahappoa, sekä lämpöshokkeja ja säteilyaltistusta.

Sintratun puhtaan SiC:n Youngin moduuli on erittäin korkea, yli 400 GPa, ja sillä on sintrattaessa hyvä mittapysyvyys, erinomainen lämmönjohtavuus, alhainen lämpölaajenemisnopeus, korroosion-, hankauksen- ja kulutuksenkestävyys sekä kestävyys jopa 1600oC:n lämpötiloissa ilman lujuuden heikkenemistä; kemiallisen puhtautensa ansiosta se kestää suurinta osaa hapoista ja lipeistä (lukuun ottamatta fluorivetyhappoa).

Piikarbidikeramiikka erottuu edukseen kemiallisen puhtautensa, lämmönkestävyytensä, hyvien liukuominaisuuksiensa ja raerajojen epäpuhtauksien puuttumisensa vuoksi, minkä ansiosta se soveltuu esimerkiksi 3D-tulostukseen, ballistiikkaan ja paperinvalmistukseen. Erinomaisten liukuominaisuuksiensa ja raerajojen epäpuhtauksien puuttumisen ansiosta piikarbidikeramiikka soveltuu erityisen hyvin vaativiin sovelluksiin, kuten 3D-tulostukseen ja ballistiikkaan, sekä kemiantehtaiden, energiateknologian ja paperintuotantolaitosten komponentteihin. Piikarbidikeramiikka on usein valintamateriaali, kun komponenttien on toimittava erittäin mekaanisesti ja termisesti vaativissa ympäristöissä, kuten hioma- ja kulutuslevyt laakerit tulenkestävinä aineina tai keraamiset keraamiset keraamiset aineet - ja tämä tekee piikarbidikeramiikasta erinomaisen materiaalivalinnan!

Erinomaisen eroosio- ja kulutuskestävyytensä ansiosta kovametallit ovat ihanteellinen valinta käytettäväksi leikkuutyökaluissa ja tarjoavat räätälöityjä sovelluksia muuttamalla pii- tai hiilipitoisuutta erityisten sovellustarpeiden mukaan. Saatavilla on erilaisia laatuja, jotka täyttävät erityiset sovellustarpeet räätälöimällä ominaisuuksia, kuten pii- tai hiilipitoisuutta, vastaavasti.

Piikarbidia käytetään useimmiten hioma-aineena, josta valmistetaan hiutalemaisia yksittäisiä kiteitä Lely-prosessin avulla tai 3-10 mikronin jauheita käytettäväksi erilaisissa teollisissa sovelluksissa, kuten hionnassa, hoonauksessa ja hiekkapuhalluksessa.