Rekrystalizowany węglik krzemu

Rekrystalizowany węglik krzemu (RSiC) oferuje wyjątkową wytrzymałość w wysokich temperaturach i odporność na ścieranie, co czyni go materiałem stosowanym w wielu aplikacjach. Dzięki unikalnej mikrostrukturze, rekrystalizowany SiC przewyższa zarówno spiekany reakcyjnie, jak i bezciśnieniowo SiC pod względem właściwości termicznych, mechanicznych i chemicznych.

RSiC jest produkowany w procesach odlewania, wytłaczania lub formowania wtryskowego, a następnie podgrzewany do wysokich temperatur w celu użycia.

Wysoka wytrzymałość

Węglik krzemu jest niezwykle twardą i trwałą ceramiką o doskonałych właściwościach mechanicznych i wysokiej odporności na korozję, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym, wojskowym i innych dziedzinach w celu zwiększenia wydajności sprzętu i poprawy jego użytkowania.

Rekrystalizowany węglik krzemu (RSiC), w przeciwieństwie do większości materiałów ceramicznych SiC, wykazuje minimalny skurcz podczas spiekania i może być formowany w liczne kształty geometryczne. Co więcej, jego wytrzymałość pozostaje praktycznie niezmienna w bardzo wysokich temperaturach, podczas gdy wytrzymuje ogromne obciążenia naprężeniowe.

RSiC może być wytwarzany przy użyciu różnych technik produkcyjnych, w tym odlewania ślizgowego, wytłaczania i formowania wtryskowego. Ze względu na doskonałą przewodność cieplną i odporność na korozję utleniającą, szok termiczny i wytrzymałość na gorąco, RSiC jest idealny do różnych zastosowań w meblach piecowych, od prostych prętów po złożone elementy inżynieryjne - przewyższając nawet materiały ogniotrwałe SiC ze spoiwem azotku tlenku!

Wysoka odporność na korozję

Rekrystalizowany węglik krzemu to obojętna porowata spiekana ceramika o doskonałych wszechstronnych właściwościach, która znalazła zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak meble do pieców, media do palników gazowych i filtry cząstek stałych do silników wysokoprężnych. Dzięki doskonałej sztywności w wysokich temperaturach i odporności na korozję, rekrystalizowany węglik krzemu jest doskonałym materiałem konstrukcyjnym odpowiednim do środowisk o wysokiej temperaturze.

Odporność na korozję zależy od kilku czynników, w tym środowiska chemicznego ataku i sekwencji reakcji w warstwie tlenku materiału. Naprężenia mechaniczne mogą zmienić stabilność warstwy tlenku. Niewielkie ilości itru, hafnu i metali ziem rzadkich mogą poprawić odporność na cykliczne utlenianie, odporność na erozję i korozję oraz odporność na odpryskiwanie tlenków.

Rekrystalizowany węglik krzemu oferuje nie tylko wysoką wytrzymałość, ale także bardzo niski skurcz. Dzięki temu można produkować duże części o dokładnych wymiarach bez naprężeń wewnętrznych i korozji powierzchni. Poprzez przyłożenie napięcia do jego powierzchni, może on stać się powłoką antykorozyjną bez konieczności stosowania specjalnych zasilaczy; zamiast tego warstwa generuje wystarczającą ilość ciepła, aby skutecznie zniszczyć źródło korozji.

Wysoka przewodność cieplna

Spiekany węglik krzemu różni się od większości materiałów ceramicznych tym, że charakteryzuje się zarówno wysoką przewodnością cieplną, jak i niską gęstością, co czyni go doskonałym materiałem do zastosowań elektrycznych, w tym rur chłodzących i barier ochronnych. Co więcej, jego odporność na wibracje i chemikalia sprawia, że nadaje się on do zastosowań związanych z wibracjami silnika oraz zanieczyszczeniami chemicznymi.

Guma odporna na chemikalia jest często wykorzystywana podczas tworzenia uszczelnień mechanicznych i pomp ze względu na jej wyjątkową odporność na zużycie, ścieranie i korozję. Co więcej, materiał ten może wytrzymać pociski o dużej prędkości, takie jak kule i odłamki wystrzeliwane z pojazdów, a także uszczelnienia silników wysokoprężnych w samochodach. Dysze i zawory również wykorzystują ten wszechstronny materiał ze względu na jego właściwości chemiczne i odporność na zużycie.

RSiC wyróżnia się na tle tradycyjnych materiałów ogniotrwałych szeregiem wyjątkowych właściwości, takich jak wysoka wytrzymałość wiązania azotku, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i czysty interfejs. Co więcej, produkcja jest prosta, ponieważ RSiC można łatwo formować w różne kształty.

Wysoka odporność na szok termiczny

Wysoka przewodność cieplna węglika krzemu i niska rozszerzalność cieplna pozwalają mu wytrzymać szoki termiczne spowodowane przez półprzewodnikowe urządzenia elektroniczne, przedłużając w ten sposób jego trwałość i sprawiając, że jest on w stanie wytrzymać wysokie temperatury i napięcia.

Węglik krzemu może tworzyć dwa polimorfy po wystawieniu na działanie wody: alfa (a-SiC), ze strukturą krystaliczną Wurtzite; i beta (b-SiC), z kryształami blendy cynkowej. Spośród tych dwóch form, beta SiC oferuje większą wytrzymałość na korozję i utlenianie, dzięki czemu b-SiC jest bardziej odpowiedni.

Techniki odparowywania i konglomeracji mogą wytwarzać wysoce porowatą ceramikę z węglika krzemu o porowatości otwartej 11%-15% i wielkości ziaren od 100 pm do 500 pm, znaną jako RSIC. Materiał ten charakteryzuje się doskonałą odpornością na szok termiczny w temperaturze pokojowej, a także odpornością na szok termiczny w temperaturze 300 stopni Celsjusza, niskim skurczem podczas spiekania, a także możliwością zastosowania w różnych aplikacjach, w tym w meblach piecowych - co stanowi ogromną przewagę nad gęstymi materiałami z tlenowęglku krzemu, które nie są odporne na szok termiczny i zdolność MOR.

Wysoka izolacja elektryczna

Rekrystalizowany węglik krzemu wyróżnia się jako materiał elektroizolacyjny o niezrównanych właściwościach elektroizolacyjnych, wytrzymujący wysokie temperatury bez pękania pod ciśnieniem i uszkodzenia przez korozję lub korozję kwasową - idealny do różnych środowisk. Co więcej, jego niski współczynnik rozszerzalności cieplnej sprawia, że jest on odporny na pęknięcia spowodowane szokiem termicznym.

Szkło sodowo-wapniowe jest idealnym materiałem do stosowania w piecach i urządzeniach wysokotemperaturowych, wieżach solarnych do przetwarzania światła słonecznego na energię elektryczną i innych zastosowaniach wymagających wysokich temperatur.

Odlewanie ślizgowe, wytłaczanie i formowanie wtryskowe to trzy podstawowe metody wytwarzania RSiC. Formowanie wtryskowe stało się jednak preferowaną metodą ze względu na jego opłacalność i wydajność; jednak RSiC formowany wtryskowo ma tendencję do bycia słabym i porowatym po uformowaniu, co pogarsza jego wydajność; stąd cykliczny proces impregnacji polimeru i pirolizy (PIP), a następnie rekrystalizacji został opracowany jako rozwiązanie, które zwiększa wytrzymałość na zginanie przy jednoczesnym zmniejszeniu porowatości w komercyjnych produktach RSiC.

Szeroki zakres zastosowań

Węglik krzemu ma wiele zastosowań ze względu na swoją wytrzymałość, twardość i odporność na korozję. Jest często spotykany w produktach takich jak ściernice i narzędzia tnące ze względu na ich wysoką wytrzymałość i twardość; piece wysokotemperaturowe i reaktory chemiczne; sprzęt ochronny (pancerz czołgowy i pancerz ciała).

RSiC może być tworzony za pomocą kilku technik, w tym odlewania ślizgowego, wytłaczania i formowania wtryskowego. Po utworzeniu musi być spiekany w wysokich temperaturach w piecu w celu rekrystalizacji i uwolnienia się od materiału wiążącego - dzięki czemu RSiC jest izolatorem elektrycznym o doskonałej wytrzymałości dielektrycznej, odpowiednim do zastosowań elektronicznych.

Karborund (/karbrnm/), stop składający się z aluminium i węgla, który występuje naturalnie jako kamień szlachetny moissanit, został po raz pierwszy masowo wyprodukowany przez Edwarda Goodricha Achesona jako przemysłowa forma węglika krzemu do stosowania w hamulcach ciernych i płytkach ceramicznych kamizelek kuloodpornych. Karborund służy również jako materiał ścierny i stanowi podstawę ziarna do druku kolagraficznego; nakładany bezpośrednio na aluminiową płytę, jego aplikacja tworzy ślady po naniesieniu atramentu.