Tubo de carbeto de silício - Resistente à abrasão e à corrosão

O carbeto de silício resiste bem à corrosão e à abrasão, o que o torna o material perfeito para componentes encontrados em fábricas de produtos químicos e usinas de energia. Além disso, sua tolerância à velocidade de rotação permite que ele resista a altas velocidades de rotação, o que o torna adequado para aplicações de rolamentos.

O tubo revestido de cerâmica é usado nos setores de mineração, metalurgia e carvão para o transporte de materiais abrasivos de minas, como pó concentrado, escória e carvão. Ele oferece melhor resistência ao desgaste do que os tubos de aço comuns.

Resistência à corrosão

O carbeto de silício (SiC), um composto cristalino sintético extremamente duro e altamente resistente à abrasão, composto de silício e carbono, possui uma classificação de dureza Mohs de 9 e tem sido utilizado há muito tempo para produzir produtos como lixas, rebolos, ferramentas de corte e materiais refratários para fornos de tijolos desde o século XIX. No entanto, mais recentemente, o SiC também passou a ser amplamente utilizado para a produção de isoladores de cerâmica e substratos de diodos emissores de luz semicondutores.

A resistência à corrosão do SiC decorre, em grande parte, de seu revestimento superficial de camadas de óxido de óxido que se formam em sua superfície, fornecendo proteção contra o ataque da água e do oxigênio e, ao mesmo tempo, suportando a penetração de ácidos, bases e produtos químicos agressivos, como o ácido nítrico. Em alguns casos, essas camadas protegem até mesmo contra substâncias oxidantes, como o ácido nítrico, que poderiam atacá-lo de outra forma.

O carbeto de silício sinterizado sem pressão provou ser altamente resistente à corrosão em várias aplicações, superado por materiais como aço fundido, alumina inerte e ligas de níquel de alta qualidade em termos de estabilidade química e térmica. Além disso, a resistência do carbeto de silício sinterizado sem pressão à abrasão e à erosão o torna muito superior em comparação com a maioria dos metais, como a alumina (3 vezes mais do que o aço), bem como sua grande resistência ao desgaste contra a corrosão por desgaste e rasgo em comparação com o aço fundido refratário (3 vezes mais do que o aço).

O comportamento de corrosão do carbeto de silício e do nitreto de silício varia significativamente de acordo com as condições ambientais, mas os modelos de corrosão para ambos os materiais fizeram um progresso significativo na descrição precisa deles. Os mecanismos de corrosão que envolvem ambientes complexos dependem das espécies químicas presentes, de suas sequências de reação, das mudanças na superfície e na morfologia da microestrutura, bem como das mudanças na superfície e na morfologia da microestrutura dos materiais que interagem entre si para causar a corrosão.

Os tubos de carbeto de silício têm longa vida útil e são particularmente ideais para o transporte de produtos químicos abrasivos, corrosivos ou tóxicos. Sua durabilidade significa que eles podem suportar temperaturas acima de 48oC (120 oF), altas pressões e tensões mecânicas. Como uma alternativa aos tubos de aço, eles são usados em usinas de energia, metalurgia e no setor químico, bem como em equipamentos usados para manusear pós de processos de gaseificação de carvão (gaseificação/cracking/alto-forno/forno de cimento), blocos/cinzas de gaseificação/cracking/alto-forno de carvão/forno de cimento/forno de cimento/forno de cimento/forno de cimento/forno de cimento/forno de cimento.

Resistência a altas temperaturas

O carbeto de silício é solúvel em água e resistente a ácidos e álcalis, ostentando altos pontos de fusão com resistência dez vezes maior do que a alumina para resistir à corrosão em temperaturas muito altas - um trunfo em fornos industriais, onde as temperaturas frequentemente ultrapassam o que faria com que as cerâmicas convencionais fraturassem ou rachassem.

Há muito tempo, o carbeto de silício é considerado o material ideal para tubos de proteção de termopares em diversas aplicações devido à sua resistência superior à corrosão em vários ambientes. Nesse aspecto, o carbeto de silício supera as cerâmicas tradicionais e as ligas metálicas dúcteis; sua superfície robusta oferece proteção contra gases de combustão, escórias, cinzas e carvões, além de resistir à erosão causada por esses produtos químicos.

O carbeto de silício sinterizado sem pressão (PSSiC) oferece pureza muito maior do que o carbeto de silício ligado por reação, o que lhe confere resistência mecânica e resistência à corrosão superiores. O PSSiC não pode ser atacado por ácidos, álcalis ou sais fundidos e tem a capacidade de suportar choques térmicos em temperaturas extremamente altas, além de excelentes propriedades elétricas com alta condutividade térmica e baixo coeficiente de expansão térmica.

Os materiais cerâmicos que possuem baixas porosidades, como a zircônia, são muito mais resistentes à corrosão química, especialmente as cerâmicas industriais, devido à resistência à abrasão ser de quatro a cinco vezes maior do que a dos carbetos de silício ligados a nitreto disponíveis no mercado e à vida útil mais longa em comparação com o material de alumina. As partículas de cerâmica feitas com esse material têm dureza Moh de 9,09,2, com formas de precisão feitas à mão, o que permite seu uso em várias aplicações industriais. A vida útil da cerâmica excede em 10 vezes a do material de alumínio.

O carbeto de silício sinterizado é uma alternativa ideal ao carbeto de tungstênio para uso em aplicações de bocal de jateamento devido à sua resistência superior à abrasão, permitindo que ele mantenha a geometria interna do bocal e, ao mesmo tempo, ofereça eficiência de jateamento otimizada. Além disso, o carbeto de silício sinterizado costuma durar mais do que sua contraparte, oferecendo uma vida útil mais longa e custos reduzidos de tempo de inatividade para manutenção.

O carbeto de silício apresenta um baixo coeficiente de expansão térmica e extrema dureza, proporcionando proteção contra abrasão, impacto e atrito. Por ser um excelente material de alta pressão, é a escolha ideal para aplicações como os rolos usados para produzir porcelana doméstica e azulejos de cerâmica em fornos, prensas de moinhos, expansores, extrusoras e bicos que exigem altos níveis de pressão para a produção de azulejos domésticos e porcelanas. O carbeto de silício também é ideal para peças resistentes ao desgaste encontradas em aplicações de moinhos, prensas, expansores, extrusoras e bicos.

Alta resistência

O carbeto de silício é um dos materiais cerâmicos industriais mais duros, leves e resistentes. Devido à sua excepcional resistência, ele pode suportar grandes variações de temperatura sem perder suas propriedades físicas e tem baixa expansão térmica, o que o torna adequado para aplicações que exigem resistência à corrosão, bem como resistência a choques mecânicos ou vibrações.

O carbeto de silício sinterizado se destaca entre as cerâmicas como uma opção excepcional em termos de resistência ao desgaste e ao choque térmico, o que o torna o material ideal para aplicações exigentes, como aplicações de revestimento de trocadores de calor para processamento de ácidos e terras raras, em que o aço inoxidável, o grafite ou o tungstênio não podem atender à demanda devido a problemas de resistência à corrosão causados pelo ácido fluorídrico.

Os sistemas de tubulação de revestimento de carbeto de silício sinterizado são frequentemente utilizados em aplicações de vapor de alta pressão. O material pode suportar pressão de até 1,6 MPa sem sucumbir à fadiga e às tensões de flexão, excedendo em muito os requisitos estabelecidos para polímeros como o PTFE. Além disso, sua resistência a ataques químicos significa que ele oferece proteção adicional nessas aplicações.

Os substratos de carbeto de silício oferecem muitas vantagens em relação aos seus equivalentes de silício em projetos de dispositivos eletrônicos, incluindo uma tensão de ruptura muito mais baixa e, portanto, são capazes de suportar quantidades maiores de eletricidade sem se tornarem instáveis e quebrarem. Isso permite que os dispositivos eletrônicos fabricados com substratos de carbeto de silício se tornem muito menores e mais eficientes em termos de energia do que os projetos similares de silício; por exemplo, os IGBTs de silício usados em inversores de veículos elétricos podem se tornar aproximadamente 10 vezes menores usando material de carbeto de silício, o que leva a circuitos de controle menores e a uma maior eficiência geral do sistema.

A American Elements oferece vários tamanhos de tubos de cerâmica de carbeto de silício adequados para aplicações de alta temperatura. Seus materiais padrão, como Hexoloy SE e Xicaar, bem como composições personalizadas, podem ser adaptados especificamente para uso comercial e de pesquisa. Fundidos em formas de barras ou placas como alvos para aplicações de deposição de filme fino ou deposição de vapor químico.

Alta resistência ao desgaste

O carbeto de silício é amplamente conhecido por sua excepcional resistência ao desgaste e pode facilmente superar os revestimentos de azulejos ou metálicos em aplicações exigentes, como bicos de jateamento, componentes de hidrociclones e cotovelos de cerâmica. O carbeto de silício sinterizado oferece altas propriedades de resistência à abrasão e à erosão para estender o tempo de operação da tubulação e, ao mesmo tempo, diminuir os tempos de parada para manutenção ou reparos; além disso, esse material apresenta recursos de resistência a choques térmicos, o que permite que seja usado onde outros materiais, como o carbeto de tungstênio ou a alumina, falhariam.

A forma cristalina do carbeto de silício apresenta ligações covalentes entre átomos de silício e carbono que formam dois tetraedros de coordenação primária com quatro átomos de silício e quatro átomos de carbono conectados em cada canto, criando um material extremamente duro com uma classificação de dureza Mohs de 9, próxima à do diamante. O carbeto de silício pode ser encontrado em toda parte, desde lixas e rebolos de corte/esmerilhamento até revestimentos de fornos e motores de foguetes; além disso, apresenta propriedades elétricas fascinantes.

A ligação por reação e a sinterização são dois métodos usados para produzir carbeto de silício, cada um produzindo efeitos diferentes em sua microestrutura. O carbeto de silício ligado por reação pode ser produzido pela infiltração de misturas de SiC e carbono com silício líquido que reage em mais SiC; o carbeto de silício sinterizado pode ser produzido usando auxiliares de sinterização sem óxido para formar pó de SiC puro em compactos para ligação por reação; esse método não produz um produto final tão denso quanto o SiC ligado por reação.

Uma pesquisa recente comparou o desempenho de abrasão de vários materiais de tubos resistentes ao desgaste. Eles descobriram que o tubo de carbeto de silício ligado a nitreto sinterizado teve o melhor desempenho em termos de resistência ao desgaste em condições de solo solto, seguido pela solda de estofamento F-61 com maior teor de nióbio e, por fim, o aço XAR 600, cuja microestrutura consiste em finas bandas de martensita temperadas em ripas uniformemente dispersas por toda a microestrutura.

A resistência do carbeto de silício à abrasão se deve, em grande parte, à sua tenacidade e dureza; como resultado, esse material pode suportar o desgaste causado pelo fluxo de partículas de granulação grossa a altas pressões. Além disso, esse material tem excelentes propriedades de resistência à corrosão, à oxidação e ao choque térmico, o que ajuda a prolongar sua vida útil em ambientes suscetíveis ao desgaste.