Rekrystalizowany węglik krzemu

Węglik krzemu jest coraz bardziej popularnym materiałem w różnych gałęziach przemysłu ze względu na jego imponujące właściwości mechaniczne i elektryczne, w szczególności niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i wytrzymałość. Ze względu na te właściwości jest idealnym kandydatem do produkcji luster teleskopowych.

Przedstawiono metodę wytwarzania rekrystalizowanego węglika krzemu, polegającą na redukcji karbotermicznej. Proces ten polega na podgrzaniu formowanego ciśnieniowo korpusu do 2000 stopni Celsjusza w ciągu dwóch lub więcej godzin.

Wytrzymałość na wysokie temperatury

Rekrystalizowany węglik krzemu (RSiC) to zaawansowana ceramika techniczna wykorzystywana w wysokowydajnych zastosowaniach, takich jak inżynieria lotnicza i kosmiczna. RSiC charakteryzuje się wyjątkowymi właściwościami chemicznymi i mechanicznymi w ekstremalnych temperaturach końcowych; jego mikrostruktura składa się z zazębiających się ziaren przypominających płytki, które zapewniają mu wysoką wytrzymałość, wytrzymałość, odporność na zużycie i niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, a także dobre właściwości antykorozyjne. Jest bardzo trwały.

Istnieją różne metody wytwarzania gęstej ceramiki SiC, w tym rekrystalizacja, spiekanie reakcyjne, spiekanie w fazie ciekłej, prasowanie na gorąco i spiekanie izostatyczne na gorąco. Chociaż niektóre z tych procesów wykorzystują środki pomocnicze do spiekania, które pogarszają czystość ceramiki, wszystkie metody wytwarzają gęstą ceramikę o doskonałych właściwościach termicznych w szerokim zakresie temperatur.

SiC wyróżnia się na tle tradycyjnych materiałów ogniotrwałych wytrzymałością i odpornością na wysokie temperatury, co zwiększa jego trwałość w trudnych warunkach, czyniąc go idealnym do zastosowań w przemyśle ceramicznym. Ze względu na doskonałą wytrzymałość i odporność na utlenianie, gęsta ceramika SiC jest preferowana do stosowania jako meble do pieców i media do palników gazowych, a także filtry cząstek stałych do silników wysokoprężnych; ponadto można ją nawet znaleźć w wysokowydajnych pancerzach balistycznych do ochrony zarówno przed obecnymi, jak i pojawiającymi się zagrożeniami.

Odporność na wysokie temperatury

Rekrystalizowany węglik krzemu (RSiC) to zaawansowany wysokotemperaturowy ogniotrwały materiał ceramiczny o doskonałych właściwościach odporności na szok termiczny. W związku z tym RSiC można znaleźć w tak różnorodnych zastosowaniach, jak palniki gazowe, filtry cząstek stałych do silników wysokoprężnych, wymienniki ciepła i wymienniki termiczne. Dzięki wyjątkowej odporności chemicznej i na utlenianie, a także sztywności, która jest odporna na wahania rozszerzalności cieplnej/kurczliwości, RSiC wyróżnia się licznymi zastosowaniami przemysłowymi.

Oprócz tego, że jest niezwykle trwałym materiałem, RSiC charakteryzuje się wyjątkową wytrzymałością w temperaturze pokojowej. Można go łatwo formować w złożone kształty, a jednocześnie jest odporny na erozję płomieniową i atak żużla, a także jest odporny na ścieranie i zginanie - działa nawet jako izolator elektryczny!

RSiC składa się z proszku węglika krzemu, węgla i materiału wiążącego zmieszanych razem, a następnie uformowanych w formie do spiekania w wysokich temperaturach w celu wytworzenia czystego materiału RSiC. W tym procesie proszek rekrystalizuje, podczas gdy materiał wiążący rozprasza się, pozostawiając czysty materiał RSiC.

RSiC to jeden z najlepszych materiałów wykorzystywanych w zastosowaniach wysokotemperaturowych. Ze względu na swoją sztywność i odporność na korozję/utlenianie, jest to doskonały wybór do produkcji mebli piecowych, takich jak pręty, deski i części o specjalnych kształtach. Co więcej, materiał ten może być również wytwarzany w porowatych formach z otwartymi porami, które zmniejszają wagę i zużycie energii, a także ułatwiają wypalanie elementów porcelanowych w celu zwiększenia ich wykorzystania w piecu.

Przewodność w wysokich temperaturach

Węglik krzemu charakteryzuje się wyjątkową przewodnością cieplną w temperaturze pokojowej oraz niskim współczynnikiem rozszerzalności i odpornością na korozję kwasową, co czyni go odpowiednim materiałem do pracy w trudnych warunkach. Dzięki możliwości formowania w różne kształty geometryczne, węglik krzemu z łatwością wytrzymuje wysokie temperatury.

Materiał taki jak glina jest powszechnie stosowany do produkcji części pieców, takich jak zwisy, płyty i rolki, które zmniejszają obciążenie pieca, jednocześnie zwiększając jego wykorzystanie i zmniejszając koszty energii. Co więcej, istnieją porowate formy, dzięki czemu można je łatwo dopasować do dowolnego konturu wewnętrznej przestrzeni ściany pieca.

RSiC wyróżnia się na tle swoich ceramicznych odpowiedników czystością chemiczną i zdolnością do zachowania wytrzymałości w wysokich temperaturach, co czyni go idealnym materiałem do stosowania w elementach pieców półprzewodnikowych. Co więcej, jego doskonała czystość chemiczna i zdolność do zachowania wytrzymałości w wyższych temperaturach sprawiają, że jest on powszechnie stosowany jako płyty izolacyjne pieców, łopatki i wsporniki tacek na płytki półprzewodnikowe. Co więcej, ten wszechstronny materiał służy jako odporne na zużycie elementy konstrukcyjne w przemysłowych piecach wysokotemperaturowych.

Ceramika RSIC to materiał SiC o wysokiej czystości i porowatej strukturze sieci, wytwarzany w procesie koagulacji przez odparowanie i wypalany w temperaturze 2400 stopni Celsjusza. W przeciwieństwie do spiekania proszków, produkcja RSIC nie doświadcza skurczu podczas fazy infiltracji; pozwala to na wytwarzanie bardzo dużych części z wąskimi tolerancjami w porównaniu do spiekania proszków, a jednocześnie jest ogólnie tańsze.

Odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze

Węglik krzemu zapewnia wyjątkową odporność na utlenianie w wysokich temperaturach dzięki ochronnej warstwie krzemionki, która zapobiega bezpośredniej reakcji tlenu z podłożem, znanej jako kinetyka paraboliczna. Niestety, proces ten komplikują zanieczyszczenia i miejsca zarodkowania, takie jak dodatki zanieczyszczeń lub kationy, które zwiększają tworzenie lepkiej warstwy tlenku o wyższej przepuszczalności tlenu; ponadto szybkość utleniania zależy od stężenia kationów obecnych na powłokach powierzchniowych.

Utlenianie spiekanego węglika krzemu można modelować za pomocą modelu Deal-Grove'a, który ma zastosowanie do środowisk mokrych i suchych, w tym cienkich warstw o grubości nawet kilku nanometrów. Dokładne dane kinetyczne dla grubości do kilku nanometrów są łatwo dostępne przy użyciu tego podejścia; jednak cienkie warstwy nie mogą być dopasowane za pomocą krzywych liniowo-parabolicznych z powodu niewystarczających danych.

Spiekany bezciśnieniowo węglik krzemu (PSSiC) jest coraz bardziej popularnym materiałem do produkcji dysz i zaworów w przemyśle jądrowym, często narażonych na ekstremalne warunki wysokiego ciśnienia i temperatury, ścieranie i korozję. Co więcej, PSiC może być również z powodzeniem stosowany jako antykorozyjne wykładziny rur.

SSIC jest produkowany z bardzo drobnego proszku, który zawiera dodatki spiekalnicze, a następnie przetwarzany przy użyciu tradycyjnych procesów produkcji ceramiki i spiekany w temperaturze 2000 stopni Celsjusza w celu spiekania. Technologia ta umożliwia masową produkcję przy niższych kosztach niż w przypadku tradycyjnych metod.