Rekrystallisert silisiumkarbid

Silisiumkarbid er et stadig mer populært materiale i industrien på grunn av sine imponerende mekaniske og elektriske egenskaper, særlig den lave varmeutvidelsen og styrken. På grunn av disse egenskapene er det en ideell kandidat for produksjon av teleskopspeil.

Her presenteres en metode for produksjon av omkrystallisert silisiumkarbid, som består av karbotermisk reduksjon. Denne prosessen varmer opp en formstøpt kropp til 2000 grader Celsius i løpet av to eller flere timer.

Styrke ved høye temperaturer

Rekrystallisert silisiumkarbid (RSiC) er en avansert teknisk keramikk som brukes i høyytelsesapplikasjoner som f.eks. romfartsteknikk. RSiC har eksepsjonelle kjemiske og mekaniske egenskaper ved ekstreme brukstemperaturer. Mikrostrukturen består av sammenlåsende, platelignende korn som gir høy styrke, seighet, slitestyrke, lav termisk ekspansjonskoeffisient og gode korrosjonsmotstandsegenskaper. Det er svært slitesterkt.

Det finnes ulike metoder for å produsere tett SiC-keramikk, blant annet omkrystallisering, reaksjonssintring, sintring i flytende fase, varmpressing og varm isostatisk sintring. Selv om noen av disse prosessene bruker sintringshjelpemidler som forringer keramikkens renhet, produserer alle metodene tett keramikk med utmerket termisk ytelse over et bredt temperaturområde.

SiC skiller seg ut fra tradisjonelle ildfaste materialer ved å ha høy temperaturstyrke og motstandskraft som øker holdbarheten i tøffe miljøer, noe som gjør det perfekt til bruk i keramikkindustrien. På grunn av sin overlegne styrke og oksidasjonsmotstand er tett SiC-keramikk et foretrukket valg for bruk som ovnsmøbler og gassbrennermedier samt dieselpartikkelfiltre; dessuten kan det til og med finnes i ballistisk pansring med høy ytelse for beskyttelse mot både nåværende og nye trusler.

Motstand mot høye temperaturer

Rekrystallisert silisiumkarbid (RSiC) er et avansert, ildfast keramisk høytemperaturmateriale med overlegen motstandsevne mot termisk sjokk. RSiC brukes i så forskjellige bruksområder som gassbrennere, dieselpartikkelfiltre, varmevekslere og varmevekslere. RSiC har eksepsjonell kjemikalie- og oksidasjonsbestandighet samt stivhet som motstår svingninger i termisk ekspansjon/kontraksjon, og RSiC utmerker seg på en rekke industrielle bruksområder.

I tillegg til å være et ekstremt slitesterkt materiale, kan RSiC skilte med enestående styrke ved romtemperatur. Det kan enkelt formes til komplekse former samtidig som det motstår flammerosjon og slaggangrep og er motstandsdyktig mot slitasje og bøying - det fungerer til og med som en elektrisk isolator!

RSiC består av silisiumkarbidpulver, karbon og bindemiddel som blandes sammen og deretter formes i en form som sintres ved høye temperaturer for å produsere rent RSiC-materiale. Gjennom denne prosessen omkrystalliserer pulveret, mens bindemiddelet forsvinner og etterlater rent RSiC-materiale.

RSiC er et av de fremste materialene som brukes til høytemperaturapplikasjoner. På grunn av sin stivhet og korrosjons- og oksidasjonsbestandighet er det et utmerket valg til ovnsmøbler som stenger, skurplater og spesialformede deler. Materialet kan også produseres i porøse former med åpne porer som reduserer vekt og energiforbruk, i tillegg til at det gjør det lettere å brenne porselensstykker for økt utnyttelse i ovnen.

Ledningsevne ved høye temperaturer

Silisiumkarbid har eksepsjonell varmeledningsevne ved romtemperatur, lav utvidelseskoeffisient og syrekorrosjonsbestandighet, noe som gjør det til et egnet materiale for tøffe miljøer. Silisiumkarbid kan støpes i ulike geometriske former og tåler også høye temperaturer med letthet.

Materialer som leire brukes ofte til å produsere deler til ovner, for eksempel sagger, skurplater og valser, noe som reduserer belastningen på ovnen samtidig som det øker utnyttelsen og reduserer energikostnadene. I tillegg finnes det porøse former som gjør at de enkelt kan tilpasses enhver kontur i ovnens innvendige vegg.

RSiC skiller seg ut fra andre keramiske materialer ved å være kjemisk rent og beholde sin styrke ved høye temperaturer, noe som gjør det til et ideelt materiale for bruk i komponenter til halvlederovner. Den utmerkede kjemiske renheten og evnen til å beholde styrken ved høye temperaturer gjør det også populært som ovnisolatorplater, padler og waferbrettstøtter. Dette allsidige materialet fungerer dessuten som slitesterke konstruksjonsdeler i industrielle høytemperaturovner.

RSIC-keramikk er et SiC-materiale med høy renhet og en porøs nettverksstruktur som fremstilles ved hjelp av en fordampningskoaguleringsprosess og brennes ved 2400 grader C. I motsetning til pulversintring opplever ikke RSIC-produksjonen krymping i infiltrasjonsfasen, noe som gjør det mulig å produsere svært store deler med små toleranser sammenlignet med pulversintring, samtidig som det totalt sett er rimeligere.

Motstandsdyktig mot oksidasjon ved høye temperaturer

Silisiumkarbid gir eksepsjonell oksidasjonsmotstand ved høye temperaturer på grunn av det beskyttende silikasjiktet som hindrer oksygen i å reagere direkte med substratet, kjent som parabolsk kinetikk. Dessverre kompliseres imidlertid prosessen av urenheter og nukleeringssteder som urenhetstilsetninger eller kationer, som øker dannelsen av viskøse oksidlag med høyere oksygenpermeabilitet; dessuten avhenger oksidasjonshastigheten av konsentrasjonen av kationer på overflatebelegget.

Oksidasjon av sintret silisiumkarbid kan modelleres ved hjelp av Deal-Grove-modellen, som kan brukes for våte og tørre miljøer, inkludert tynne filmer helt ned til flere nanometer. Nøyaktige kinetiske data for tykkelser opp til noen få nanometer er lett tilgjengelige ved hjelp av denne tilnærmingen, men tynne lag kan ikke tilpasses med lineær-parabolske kurver på grunn av utilstrekkelige data.

Trykkløst sintret silisiumkarbid (PSSiC) er et stadig mer populært materiale for fremstilling av dyser og ventiler i kjernekraftindustrien, som ofte utsettes for ekstreme forhold med slitasje og korrosjon ved høye trykk og temperaturer. PSiC kan også brukes som korrosjonshindrende rørforinger med stor suksess.

SSIC produseres av svært fint pulver som inneholder sintringstilsetninger og deretter bearbeides ved hjelp av tradisjonelle keramiske produksjonsprosesser og sintres ved 2 000 °C. Denne teknologien muliggjør masseproduksjon til lavere kostnader enn tradisjonelle metoder.