Spiekany węglik krzemu

Węglik krzemu to wysokowydajny materiał ceramiczny o wyjątkowej twardości, odporności na zużycie i przewodności cieplnej. Jednak jego złożona geometria sprawia, że precyzyjna obróbka jest niezwykle trudna; podczas pracy z nim należy stosować narzędzia diamentowe, aby uzyskać maksymalną dokładność.

Saint-Gobain wykorzystuje wiele metod produkcji, aby wytwarzać najwyższej jakości produkty ze spiekanego węglika krzemu. Stosujemy procesy spiekania reakcyjnego i spiekania bezciśnieniowego, aby uzyskać w pełni zagęszczone produkty ceramiczne zaprojektowane tak, aby sprostać rygorystycznym zastosowaniom.

Wysoka wytrzymałość

Ceramika z węglika krzemu jest jednym z najtwardszych i najmocniejszych dostępnych materiałów, zachowując swoją wytrzymałość w wysokich temperaturach, a jednocześnie pozostając odporną na uderzenia. Ze względu na połączenie twardości i wytrzymałości, węglik krzemu jest idealnym materiałem do wielu wymagających zastosowań; w szczególności jest odporny na korozję i utlenianie, a jednocześnie charakteryzuje się niskim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej, a także doskonałymi właściwościami trybologicznymi i jest półprzewodnikiem elektrycznym.

Materiały VSiC i PGS-100 firmy Mascera ze spiekanego węglika krzemu do uszczelnień pomp zapewniają długoterminową trwałość w trudnych warunkach, takich jak korozja i ścieranie. Standardowe rozmiary i geometrie VSiC sprawiają, że nadają się one do większości typów pomp, podczas gdy PGS-100 zawiera dodatek grafitu, który zwiększa smarowność, poprawiając zdolność PV między parami współpracujących powierzchni twardych, co skutkuje większą odpornością na pracę na sucho, a także zwiększoną wydajnością uszczelnienia.

Spiekanie reakcyjne (RS-SiC) jest jednym z najbardziej pożądanych procesów produkcji węglika krzemu ze względu na jego gęstą strukturę, niską temperaturę przetwarzania, dobrą zdolność kształtowania i wysoką czystość. Niestety, właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość i moduł Younga RS-SiC, są zwykle niższe ze względu na resztkowy rozmiar krzemu (Si) w jego mikrostrukturze.

Bezciśnieniowe spiekanie ceramiki z węglika krzemu (PS-SiC) to kolejna metoda produkcji ceramiki z węglika krzemu, wykorzystująca ultradrobny proszek SiC zmieszany z niewielkimi ilościami dodatków spiekalniczych w celu utworzenia gęstego materiału o drobnych ziarnach. Charakteryzuje się ona doskonałymi właściwościami mechanicznymi i metodami formowania, dzięki czemu nadaje się do różnych zastosowań.

Wysoka sztywność

Węglik krzemu (SiC), powszechnie określany jako jeden z najtwardszych dostępnych obecnie materiałów ceramicznych. SiC wyróżnia się tym, że jego wytrzymałość i twardość pozostają niezmienne nawet w bardzo wysokich temperaturach, co czyni go niezwykle wytrzymałym materiałem odpornym na zużycie, korozję i szok termiczny - jeszcze bardziej imponujące jest to, że jego waga jest o połowę mniejsza niż stali, a jednocześnie charakteryzuje się niskim współczynnikiem rozszerzalności i doskonałymi właściwościami przewodnictwa cieplnego.

Spiekany węglik krzemu jest wytwarzany poprzez mieszanie drobnego i czystego proszku węglika krzemu z nietlenkowymi dodatkami spiekającymi, a następnie zagęszczanie tego sproszkowanego materiału przy użyciu tradycyjnych procesów formowania ceramiki, takich jak prasowanie izostatyczne, prasowanie matrycowe lub formowanie wtryskowe. Te metody formowania ceramiki pozwalają na tworzenie bardzo złożonych kształtów bez pogarszania właściwości spiekania.

Technologie spiekania reakcyjnego i bezciśnieniowego dla węglika krzemu to dwie podstawowe formy technologii spiekania, obie zdolne do tworzenia niezwykle mocnej, twardej i trwałej ceramiki do zastosowań wysokotemperaturowych; każdy typ oferuje różne cechy, które mogą sprawić, że będzie odpowiedni do określonych zadań lub zastosowań.

Wiązany reakcyjnie węglik krzemu (SSiC) firmy Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories, produkowany w procesie spiekania reakcyjnego, oferuje wyjątkowe właściwości chemiczne i mechaniczne w temperaturach przekraczających 2000 stopni Celsjusza w zastosowaniach końcowych. Oferuje wyjątkową odporność na szok termiczny, korozję chemiczną i ma doskonałą odporność na utlenianie, a także wytrzymałość na pełzanie.

Odporność na wysokie temperatury

Spiekany węglik krzemu dobrze znosi wysokie temperatury, a jednocześnie jest odporny na korozję, utlenianie i uderzenia, co czyni go jednym z najtwardszych materiałów na świecie. Jest w stanie wytrzymać intensywne ciepło i ciśnienie bez pękania pod obciążeniem, dzięki czemu jest idealnym materiałem na dysze do piaskowania stosowane w wymagających środowiskach, takich jak elektrownie lub spiekalnie stali.

SSiC może wytrzymać temperatury do 1900 stopni Celsjusza, znacznie przekraczające temperaturę topnienia większości stopów. Ponadto jest wysoce odporny na erozję chemiczną i uderzenia chemiczne, co czyni go odpowiednim materiałem do wymagających zastosowań, takich jak odlewanie metali.

Spiekany węglik krzemu jest produkowany przy użyciu kilku procesów formowania ceramiki, w tym wytłaczania (rury) i prasowania izostatycznego na zimno w przypadku płyt i bloków. Po obróbce mechanicznej z zachowaniem precyzyjnych tolerancji, jest on następnie spiekany w kontrolowanej atmosferze, aby zapobiec utlenianiu i stać się mocnym, twardym i przewodzącym ciepło materiałem. Ta metoda produkcji, choć kosztowna i czasochłonna, pozwala uzyskać najwyższej jakości produkty z węglika krzemu o dużej wytrzymałości, twardości i przewodności cieplnej.

Z drugiej strony, węglik krzemu wiązany reakcyjnie (RBSIC) wypada gorzej pod względem wytrzymałości na zginanie, odporności chemicznej i odporności na pękanie. Wiązany reakcyjnie węglik krzemu jest formowany poprzez wtryskiwanie ciekłego krzemu do porowatych preform węglowych lub grafitowych; jego koszty produkcji są niższe niż w przypadku SSiC, a mniejsze części i złożone kształty są łatwiejsze do wyprodukowania przy jego użyciu; jego wydajność w wysokich temperaturach również przewyższa wydajność konkurencyjnego materiału.

Przewodność w wysokich temperaturach

Przewodność cieplna spiekanego węglika krzemu wzrasta wraz ze zmianą zawartości dodatków, ze względu na wzrost eutektyki fazy ciekłej między ziarnami SiC wraz ze wzrostem temperatury, powodując wzrost gęstości ceramicznej, co prowadzi do większej przewodności elektrycznej przez sieć izolacyjną.

SSiC charakteryzuje się wyższymi temperaturami spiekania, które ułatwiają obróbkę i zapewniają mniejsze tolerancje niż węglik krzemu wiązany reakcyjnie (RBSIC), dzięki czemu nadaje się do produkcji elementów wyposażenia procesowego, takich jak dysze, zawory, tuleje wałów lub meble do pieców.

Gatunek Purebide(r) SSiC firmy Morgan oferuje wyjątkową odporność na ścieranie, doskonałą odporność chemiczną i wyjątkową wytrzymałość na zginanie w podwyższonych temperaturach. Co więcej, dodatek wolnego grafitu zwiększa smarowność w celu poprawy prędkości nacisku między parami współpracujących powierzchni twardych.

Wiązany reakcyjnie węglik krzemu powstaje poprzez infiltrację stopionego krzemu do porowatych preform węglowych lub grafitowych, a następnie ich prasowanie i spiekanie w celu wytworzenia wiązanego reakcyjnie węglika krzemu (RBSC). Chociaż jego wytrzymałość i twardość mogą być niższe niż w przypadku SSiC, SC wiązany reakcyjnie zapewnia doskonałą odporność na zużycie, a jednocześnie jest znacznie tańszy w produkcji - a ponadto czas produkcji może być często krótszy, co czyni tę opcję atrakcyjnym rozwiązaniem dla niektórych zastosowań.

Spiekany bezciśnieniowo węglik krzemu charakteryzuje się właściwościami mechanicznymi polikrystalicznego materiału sześciennego o niskim współczynniku rozszerzalności, dzięki czemu nadaje się do zastosowań precyzyjnych, takich jak formy i części zużywające się. Co więcej, jego wytrzymałość w ekstremalnych temperaturach wykazuje doskonałą odporność na ataki chemiczne, oferując dodatkowo stabilność termiczną.