Reaksjonsbundet silisiumkarbid

Reaksjonsbundet silisiumkarbid (RB SiC) dannes ved at smeltet silisium trenger inn i en porøs forform av karbon eller grafitt. Selv om det har lavere hardhet enn sintret silisiumkarbid, oppveier dets utmerkede slitestyrke eventuelle forskjeller.

Metallmatrisekompositt (MMC) er også ideelt for produksjon av større slitasjedeler i gruveindustrien og andre bransjer, takket være materialets utmerkede korrosjons- og temperaturstabilitet samt lave termiske utvidelseskoeffisienter.

Høy styrke

Reaksjonsbundet silisiumkarbid (RBSC) er et ekstremt sterkt keramisk materiale. Det har enestående motstand mot syrekorrosjon og slitasje, noe som gjør det egnet for bruk i mekaniske tetninger og lagre, samt i miljøer med høye temperaturer. Dessuten gjør denne motstanden at det tåler høye temperaturer uten å bli skadet – en ytterligere fordel.

Produksjonen av RBSC-deler er enkel. Materialet består av en blanding av grovt silisiumkarbid, silisium og myknere som blandes i en ekstruderingspresse før det varmes opp og formes til ønsket form. Denne prosessen gjør det mulig for produsentene å enkelt fremstille store eller komplekse deler med kun små avvik fra de opprinnelige dimensjonene – vanligvis ikke mer enn én prosent avvik over tid.

Sammenlignet med sintret silisiumkarbid har RBSC lavere styrke og hardhet, men er mer kostnadseffektivt å produsere. Videre er dets slitestyrke og slagfasthet overlegen, i likhet med dets motstand mot termisk sjokk.

Silisiumkarbid skiller seg fra tradisjonell keramikk ved at det dannes gjennom en kjemisk reaksjon i stedet for pressing og sintring, ved hjelp av en effektiv kombinasjon av silisium og karbon som bindes sammen i en porøs forform, noe som danner SiC. SiC er kjent for sin overlegne termiske stabilitet og motstand mot korrosjon og oksidasjon, samt høy varmeledningsevne; derfor har det mange industrielle bruksområder, blant annet som varmeisolasjon og ovnsforinger – selv i høytemperaturapplikasjoner som gassturbiner og forbrenningsdyser brukes SiC-komponenter i produksjonen.

Stabilitet ved høye temperaturer

Reaksjonsbundet silisiumkarbid kan fremstilles som et ekstremt seigt og slitesterkt materiale, noe som gjør det perfekt for bruksområder som innebærer ekstremt trykk eller ekstreme temperaturer. Videre er RB SiC termisk stabilt – noe som betyr at det ikke vil bli deformert eller nedbrutt selv under ekstreme temperaturer.

RB SiCs høye temperaturstabilitet skyldes i stor grad dets kjemiske sammensetning. Kjemisk oppløsning av silisium skjer på steder kjent som “kink-atomer” (struktur A i figur 28), der hvert silisiumatom ikke kan danne fire bindinger til andre silisiumatomer i krystallgitteret; i stedet danner disse unike stedene bindinger med enten OH- eller H-ligander fra omkringliggende molekyler, inntil de gradvis utvikler seg til strukturene B og C over tid.

Denne prosessen utnytter vanligvis reaksjonen mellom silisium og karbon som infiltrasjonsvæske og vann som infiltrasjonsvæske, og utgjør et avgjørende trinn i produksjonen av RB SiC, hvor parametere som morfologien til den porøse forformen og smeltetemperaturen undersøkes som sentrale faktorer.

Denne forskningen har ført til utviklingen av en innovativ prosess for fremstilling av RB SiC med høy porøsitet og utmerket dimensjonsstabilitet, noe som sparer både tid og kostnader sammenlignet med tradisjonelle keramiske formingsteknikker. Denne metoden er spesielt fordelaktig ved produksjon av større slitasjekomponenter til gruvedrift eller andre bransjer.

Motstand mot termisk sjokk

Reaksjonsbundet silisiumkarbid har utmerket motstand mot termisk sjokk, noe som betyr at det tåler raske temperatursvingninger uten å deformeres. Det er derfor ideelt for miljøer som gassturbiner og kjernekraftreaktorer, der det er høye driftstemperaturer.

RB SiC fremstilles ved å injisere flytende silisium i en porøs forform av karbon eller grafitt. Sammenlignet med sintret silisiumkarbid (SSiC) har det lavere hardhet, men er billigere å produsere; dets permeabilitet for gasser og væsker gjør det også mer «pustende» enn SSiC; dets slitestyrke og korrosjonsbestandighet gjør at det tåler ekstreme forhold, som for eksempel glideslitasje og høye driftstemperaturer.

Porøs SiC-keramikk, både fiberbundet og reaksjonsbundet in situ, viste utmerket holdbarhet ved termisk sjokk; begge materialene klarte å beholde over 90 % av sin opprinnelige bøyestyrke selv etter hurtig avkjøling.

Silisiumkarbid (SiC) er et av de hardeste tekniske keramikkmaterialene og beholder sin hardhet selv ved ekstremt høye temperaturer. Takket være kombinasjonen av seighet, varme- og slitestyrke samt lav vekt er SiC et utmerket materialvalg for tetningsflater og høytytende pumper, i tillegg til at dets kjemiske inertitet gjør det motstandsdyktig mot korrosjon i tøffe miljøer.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Reaksjonsbundet silisiumkarbid (RB SiC) er et enestående keramisk materiale med overlegen mekanisk styrke og termisk stabilitet. I tillegg gjør dets motstandsdyktighet mot korrosjon og oksidasjon at det kan produseres i ulike former og størrelser, noe som gjør RB SiC til en uvurderlig komponent i mange industrielle sammenhenger, for eksempel innen kraftproduksjon. Vanlige bruksområder for dette materialet er som dyser for denitrering/avsvovling i kraftverk, slitesterke foringer brukt i gruvedrift og komponenter brukt i halvlederovner.

RB SiC fremstilles ved å infiltrere en porøs karbonforform med flytende silisium, for deretter å la den reagere med karbon for å danne ytterligere silisiumdioksid og binde kornene sammen raskt og under temperaturkontroll. Denne reaksjonen muliggjør presise toleranser, da materialet ikke krymper under infiltrasjonen – noe som betyr at det er mulig å produsere store, nøyaktige dimensjoner uten tap av integritet.

RB SiC har en enestående kjemisk bestendighet og tåler korrosjon forårsaket av de fleste syrer, baser og oksidasjonsmidler. Dessuten gjør dets inerte egenskaper det til et utmerket valg for bruk i tøffe miljøer; i tillegg sikrer den lave termiske utvidelseskoeffisienten at det tåler raske temperaturendringer uten at det oppstår termisk sjokk.