Silīcija karbīda caurules - izturīgas pret nodilumu un koroziju

Silīcija karbīds labi iztur gan koroziju, gan nodilumu, tāpēc tas ir ideāls materiāls ķīmisko rūpnīcu un elektrostaciju komponentiem. Turklāt tā rotācijas ātruma tolerance ļauj tam izturēt lielus rotācijas ātrumus, padarot to piemērotu gultņu lietojumiem.

Caurules ar keramikas oderējumu izmanto kalnrūpniecībā, metalurģijā un ogļrūpniecībā, lai transportētu tādus abrazīvus materiālus kā pulverveida koncentrāts, izdedži un ogles. Tā nodrošina labāku nodilumizturību nekā parastās tērauda caurules.

Izturība pret koroziju

Silīcija karbīds (SiC) ir ārkārtīgi ciets un ļoti nodilumizturīgs sintētisks kristālisks savienojums, kas sastāv no silīcija un oglekļa, un tā cietības rādītājs pēc Mosa skalas ir 9, un jau kopš 19. gadsimta to izmanto tādu izstrādājumu ražošanā kā smilšpapīrs, slīpripas, griezējinstrumenti un ugunsizturīgi materiāli ķieģeļu cepļiem. Tomēr pēdējā laikā SiC plaši izmanto arī keramisko izolatoru un pusvadītāju gaismas diodēm paredzēto substrātu ražošanā.

SiC izturība pret koroziju lielā mērā ir atkarīga no tā virsmas pārklājuma ar oksīda oksīda slāņiem, kas veidojas uz tā virsmas, nodrošinot aizsardzību pret ūdens un skābekļa iedarbību, vienlaikus izturot skābju, bāzu un agresīvu ķīmisko vielu, piemēram, slāpekļskābes, iekļūšanu. Dažos gadījumos šie slāņi pat aizsargā pret oksidējošām vielām, piemēram, slāpekļskābi, kas citādi varētu uzbrukt.

Bez spiediena saķepinātais silīcija karbīds ir pierādījis savu augsto izturību pret koroziju dažādos lietojumos, ķīmiskās un termiskās stabilitātes ziņā apsteidzot tādus materiālus kā lietais tērauds, inertais alumīnija oksīds un augstas kvalitātes niķeļa sakausējumi. Turklāt bez spiediena saķepinātā silīcija karbīda izturība pret nodilumu un eroziju padara to daudz labāku salīdzinājumā ar lielāko daļu metālu, piemēram, alumīnija oksīdu (3 reizes lielāka nekā tēraudam), kā arī tā lielā nodilumizturība pret nodilumizturību un koroziju, salīdzinot ar ugunsizturīgo lietoto tēraudu (3 reizes lielāka nekā tēraudam).

Silīcija karbīda un silīcija nitrīda izturēšanās pret koroziju ievērojami atšķiras atkarībā no vides apstākļiem, tomēr abu materiālu korozijas modeļi ir ievērojami progresējuši, lai precīzi tos attēlotu. Korozijas mehānismi, kas saistīti ar sarežģītām vidēm, ir atkarīgi no esošajām ķīmiskajām sugām, to reakciju secības, virsmas izmaiņām mikrostruktūras morfoloģijā, kā arī materiālu virsmas un mikrostruktūras morfoloģijas izmaiņām, kas savstarpēji mijiedarbojas, izraisot korozijas norisi.

Silīcija karbīda caurules var lepoties ar ilgu kalpošanas laiku un ir īpaši piemērotas abrazīvu, kodīgu vai toksisku ķīmisku vielu transportēšanai. To izturība nozīmē, ka tās var izturēt temperatūru, kas pārsniedz 120 oF (48oC), augstu spiedienu un mehānisko slodzi. Kā alternatīvu tērauda caurulēm tās izmanto spēkstacijās, metalurģijā un ķīmijas rūpniecībā, kā arī iekārtās, ko izmanto ogļu gazifikācijas procesos (gazifikācija/kreka/spēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcspēcskrāsns/cementa krāsns/cementa krāšņu/cementa krāšņu/cementa krāšņu/cementa krāšņu/cementa krāšņu/cementa krāšņu.

Izturība pret augstām temperatūrām

Silīcija karbīds šķīst ūdenī un ir izturīgs gan pret skābēm, gan sārmiem, tam ir augsts kušanas punkts un desmit reizes augstāka izturība nekā alumīnija oksīdam, kas nodrošina izturību pret koroziju ļoti augstās temperatūrās - tā ir priekšrocība rūpnieciskajās krāsnīs un krāsnīs, kur temperatūra bieži pārsniedz temperatūru, kas izraisa parastās keramikas lūzumus vai plaisas.

Silīcija karbīds jau sen tiek uzskatīts par ideālu materiālu termopāru aizsardzības caurulītēm dažādos lietojumos, jo tas ir īpaši izturīgs pret koroziju dažādās vidēs. Silicija karbīds šajā ziņā pārspēj tradicionālo keramiku un kaļamo metālu sakausējumus; tā izturīgā virsma nodrošina aizsardzību pret sadegšanas gāzēm, izdedžiem, pelniem un oglēm, vienlaikus neļaujot šīm ķīmiskajām vielām izraisīt eroziju.

Bezspiediena saķepinātais silīcija karbīds (PSSiC) ir daudz tīrāks nekā reakcijas saķepinātais silīcija karbīds, kas tam nodrošina augstāku mehānisko izturību un izturību pret koroziju. PSSiC neuzbrūk skābēm, sārmiem vai izkausētiem sāļiem, un tas spēj izturēt termisko triecienu ārkārtīgi augstās temperatūrās; turklāt tam piemīt izcilas elektriskās īpašības ar augstu siltumvadītspēju un zemu termiskās izplešanās koeficientu.

Keramikas materiāli ar zemu porainību, piemēram, cirkonija oksīds, ir daudz izturīgāki pret ķīmisko kodināšanu, jo īpaši rūpnieciskā keramika, jo tās izturība pret nodilumu ir četras līdz piecas reizes lielāka nekā komerciāli pieejamajiem nitrīdiem saistītajiem silīcija karbīdiem un ilgāks kalpošanas laiks salīdzinājumā ar alumīnija oksīda materiālu. Keramikas daļiņu, kas izgatavotas no šī materiāla, cietība pēc Moha ir 9,09,2, un to precīzas formas, kas izgatavotas ar rokām, ļauj tās izmantot daudzos rūpnieciskos lietojumos. Keramikas kalpošanas laiks 10 reizes pārsniedz alumīnija materiāla kalpošanas laiku.

Sinterētais silīcija karbīds ir ideāla alternatīva volframa karbīdam, lai to izmantotu strūklas sprauslās, jo tas ir īpaši izturīgs pret nodilumu, kas ļauj saglabāt sprauslas iekšējo ģeometriju, vienlaikus nodrošinot optimizētu spridzināšanas efektivitāti. Turklāt saķepinātais silīcija karbīds parasti kalpo ilgāk nekā tā analogs, vienlaikus nodrošinot ilgāku kalpošanas laiku un mazākas apkopes dīkstāves izmaksas.

Silīcija karbīdam piemīt zems termiskās izplešanās koeficients un ārkārtīga cietība, kas nodrošina aizsardzību pret nodilumu, triecieniem un berzi. Tā kā tas ir lielisks augstspiediena materiāls, tas ir ideāla izvēle tādiem lietojumiem kā veltņi, ko izmanto sadzīves porcelāna un keramikas flīžu ražošanai krāsnīs, dzirnavu presēs, presēšanas presēs, ekstrūderos un sprauslās, kur nepieciešams augsts spiediena līmenis sadzīves flīžu un porcelāna ražošanai. Silīcija karbīds labi kalpo arī nodilumizturīgās detaļās, ko izmanto dzirnavās, presēs, izplešanas iekārtās, ekstrūderos un sprauslās.

Augsta izturība

Silīcija karbīds ir viens no cietākajiem, vieglākajiem un izturīgākajiem rūpnieciskās keramikas materiāliem. Pateicoties izcilajai izturībai, tas var izturēt lielas temperatūras svārstības, nezaudējot savas fizikālās īpašības, un tam ir zema termiskā izplešanās, tāpēc tas ir piemērots lietojumiem, kur nepieciešama izturība pret koroziju, kā arī mehāniskiem triecieniem vai vibrācijām.

Sinterētais silīcija karbīds izceļas starp keramikas materiāliem kā izcila izvēle nodilumizturības un termisko triecienu izturības ziņā, padarot to par materiālu, kas piemērots tādiem sarežģītiem pielietojumiem kā skābju un retzemju metālu apstrādes siltummaiņu oderējums, kur nerūsējošais tērauds, grafīts vai volframs nevar apmierināt pieprasījumu, jo fluorūdeņražskābe rada korozijas problēmas; turklāt tam piemīt augsta līmeņa izturība pret nodilumu/eroziju, vienlaikus pielāgojoties sarežģītām formām ar ierobežotām pielaidēm.

Sinterēta silīcija karbīda oderējuma cauruļu sistēmas bieži tiek izmantotas augstspiediena tvaika iekārtās. Materiāls var izturēt spiedienu līdz 1,6 MPa, nepakļaujoties noguruma un lieces spriegumam, kas ievērojami pārsniedz prasības, kas noteiktas tādiem polimēriem kā PTFE. Turklāt tā izturība pret ķīmisko iedarbību nozīmē, ka šādos lietojumos tas nodrošina papildu aizsardzību.

Silīcija karbīda substrātiem ir daudzas priekšrocības salīdzinājumā ar to silīcija analogiem elektronisko ierīču konstrukcijās, tostarp tiem ir daudz zemāks sadalīšanās spriegums, un tādējādi tie spēj izturēt lielāku elektrības daudzumu, nekļūstot nestabiliem un nesalūstot. Tas ļauj no silīcija karbīda substrātiem izgatavotām elektroniskām ierīcēm kļūt daudz mazākām un energoefektīvākām nekā līdzīgām silīcija konstrukcijām; piemēram, silīcija IGBT, ko izmanto elektromobiļu inverteros, izmantojot silīcija karbīda materiālu, var kļūt aptuveni 10 reizes mazākas, tādējādi nodrošinot mazākas vadības shēmas un uzlabojot kopējo sistēmas efektivitāti.

American Elements piedāvā dažāda izmēra silīcija karbīda keramikas caurules, kas piemērotas izmantošanai augstās temperatūrās. To standarta materiālus, piemēram, Hexoloy SE un Xicaar, kā arī pielāgotus sastāvus var īpaši pielāgot komerciālam un pētniecības lietojumam. Tie var tikt lieti stieņu, stieņu vai plākšņu formā kā mērķi plānās kārtiņas uzklāšanai vai ķīmiskās tvaiku uzklāšanas lietojumiem.

Augsta nodilumizturība

Silīcija karbīds ir plaši pazīstams ar savu izcilo nodilumizturību, un tas var viegli pārspēt flīžu vai metāla uzlikas tādos sarežģītos lietojumos kā strūklas strūklas sprauslas, hidrociklonu komponenti un keramikas līkumi. Sinterētajam silīcija karbīdam piemīt augstas nodilumizturības un erozijas īpašības, kas pagarina cauruļu ekspluatācijas laiku, vienlaikus samazinot apkopes vai remonta darbu dīkstāves laiku; turklāt šis materiāls var lepoties ar termisko triecienu noturību, kas ļauj to izmantot vietās, kur citi materiāli, piemēram, volframa karbīds vai alumīnija oksīds, varētu neizturēt.

Silīcija karbīda kristāliskā forma ir kovalentas saites starp silīcija un oglekļa atomiem, kas veido divus primāros koordinācijas tetraedrus ar četriem silīcija un četriem oglekļa atomiem, kas savienoti katrā stūrī, tādējādi radot ārkārtīgi cietu materiālu, kura cietība pēc Mosa skalas ir 9, kas tuvojas dimanta cietībai. Silīcija karbīdu var atrast visur, sākot no smilšpapīra un griešanas/ slīpēšanas riteņiem līdz pat krāsns oderējumam krāsnīs un raķešu dzinējos; turklāt tam piemīt aizraujošas elektriskās īpašības.

Reakcijas saistīšana un saķepināšana ir divas metodes, ko izmanto silīcija karbīda ražošanā, un katra no tām atšķirīgi ietekmē tā mikrostruktūru. Reaģējot saistīto silīcija karbīdu var ražot, infiltrējot SiC un oglekļa maisījumus ar šķidru silīciju, kas reaģē ar lielāku SiC daudzumu; saķepināto silīcija karbīdu var ražot, izmantojot saķepināšanas palīglīdzekļus, kas nav oksīdi, lai no tīra SiC pulvera veidotu kompaktus reakcijas saistīšanai; šī metode nerada tik blīvu gala produktu kā reakcijas saistītais SiC.

Nesen veiktajos pētījumos salīdzināta dažādu nodilumizturīgu cauruļu materiālu nodilumizturība. Tika atklāts, ka vislabāk nodilumizturība ir nodrošināta ar saķepinātu nitrīdu savienotai silīcija karbīda caurulei ir izturīgāka irdenas augsnes apstākļos, kam seko F-61 polsterējuma šuve ar paaugstinātu niobija saturu, un visbeidzot XAR 600 tēraudam, kura mikrostruktūru veido smalkas lāstiņtemperētas martensīta joslas, kas vienmērīgi izkliedētas visā mikrostruktūrā.

Silīcija karbīda izturība pret nodilumu lielā mērā ir saistīta ar tā izturību un cietību, tāpēc šis materiāls var izturēt nodilumu, ko izraisa rupjgraudainu daļiņu plūsma lielā spiedienā. Turklāt šim materiālam piemīt izcilas korozijas, oksidācijas un termisko triecienu izturības īpašības, kas palīdz pagarināt tā kalpošanas laiku vidē, kas ir jutīga pret nodilumu.