Potrubie z karbidu kremíka - odolné voči oderu a korózii

Karbid kremíka dobre odoláva korózii aj oderu, takže je ideálnym materiálom pre komponenty v chemických závodoch a elektrárňach. Okrem toho jeho tolerancia otáčok mu umožňuje odolávať vysokým otáčkam, takže je vhodný na ložiskové aplikácie.

Potrubie s keramickou výstelkou sa používa v baníctve, hutníctve a uhoľnom priemysle na prepravu banských abrazívnych materiálov, ako je koncentrovaný prášok, troska a uhlie. Poskytuje lepšiu odolnosť proti opotrebovaniu ako bežné oceľové rúry.

Odolnosť proti korózii

Karbid kremíka (SiC), extrémne tvrdá a vysoko odolná proti oderu syntetická kryštalická zlúčenina zložená z kremíka a uhlíka, sa môže pochváliť tvrdosťou 9 podľa Mohsa a už od 19. storočia sa používa na výrobu produktov, ako sú brúsne papiere, brúsne kotúče, rezné nástroje a žiaruvzdorné materiály pre pece na pálenie tehál. V poslednom čase sa však SiC začal vo veľkej miere využívať aj na výrobu keramických izolátorov a polovodičových substrátov svetelných diód.

Odolnosť SiC proti korózii vyplýva najmä z povrchovej vrstvy oxidov, ktoré sa vytvárajú na jeho povrchu a poskytujú ochranu pred pôsobením vody a kyslíka, pričom odolávajú prenikaniu kyselín, zásad a agresívnych chemikálií, ako je napríklad kyselina dusičná. V niektorých prípadoch tieto vrstvy dokonca chránia pred oxidačnými látkami, ako je kyselina dusičná, ktoré by inak mohli napadnúť.

Beztlakový spekaný karbid kremíka sa v rôznych aplikáciách osvedčil ako vysoko odolný voči korózii, pričom z hľadiska chemickej a tepelnej stability prekonáva materiály, ako je liata oceľ, inertný oxid hlinitý a vysokokvalitné zliatiny niklu. Okrem toho odolnosť beztlakového spekaného karbidu kremíka voči abrázii a erózii ho výrazne prevyšuje v porovnaní s väčšinou kovov, ako je oxid hlinitý (3-krát väčšia ako oceľ), ako aj jeho veľká odolnosť voči opotrebovaniu a korózii v porovnaní so žiaruvzdornou liatou oceľou (3-krát väčšia ako oceľ).

Korózne správanie karbidu kremíka a nitridu kremíka sa výrazne líši v závislosti od podmienok prostredia, napriek tomu korózne modely pre oba materiály dosiahli významný pokrok v ich presnom znázornení. Korózne mechanizmy zahŕňajúce komplexné prostredia závisia od prítomných chemických druhov, ich reakčných sekvencií, zmien povrchu na morfológiu mikroštruktúry, ako aj zmien povrchovej a mikroštruktúrnej morfológie materiálov, ktoré spolu interagujú a spôsobujú vznik korózie.

Rúrky z karbidu kremíka sa vyznačujú dlhou životnosťou a sú ideálne najmä na dopravu abrazívnych, korozívnych alebo toxických chemikálií. Vďaka svojej odolnosti odolávajú teplotám nad 48 oC (120 oF), vysokým tlakom a mechanickému namáhaniu. Ako alternatíva k oceľovým rúrkam sa používajú v elektrárňach, metalurgii a chemickom priemysle - ako aj v zariadeniach používaných na manipuláciu s práškami z procesov splyňovania uhlia (splyňovanie/škvarenie/vyššia pec/cementová pec), blokmi/popolom zo splyňovania uhlia/škvarenia/vyššej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece/cementovej pece.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Karbid kremíka je rozpustný vo vode a odolný voči kyselinám aj zásadám, vyznačuje sa vysokými bodmi tavenia a desaťkrát vyššou pevnosťou ako oxid hlinitý, takže odoláva korózii pri veľmi vysokých teplotách - čo je výhodou v priemyselných peciach, kde teploty často presahujú teploty, ktoré by spôsobili praskanie alebo lámanie bežnej keramiky.

Karbid kremíka sa už dlho považuje za ideálny materiál pre ochranné trubice termočlánkov v rôznych aplikáciách vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči korózii v rôznych prostrediach. Karbid kremíka v tomto ohľade prekonáva tradičnú keramiku a zliatiny tvárnych kovov; jeho robustný povrch poskytuje ochranu pred spalinami, troskami, popolom a uhlím a zároveň odoláva erózii spôsobenej týmito chemikáliami.

Beztlakovo spekaný karbid kremíka (PSSiC) má oveľa vyššiu čistotu ako reakčne viazaný karbid kremíka, vďaka čomu má vyššiu mechanickú pevnosť a odolnosť proti korózii. Na PSSiC nemôžu pôsobiť kyseliny, zásady ani roztavené soli a má schopnosť odolávať tepelným šokom pri extrémne vysokých teplotách; okrem toho má vynikajúce elektrické vlastnosti s vysokou tepelnou vodivosťou a nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti.

Keramické materiály, ktoré majú nízku pórovitosť, ako napríklad zirkón, sú oveľa odolnejšie voči chemickému leptaniu, najmä priemyselná keramika, vďaka odolnosti voči oderu, ktorá je štvor- až päťnásobne vyššia ako v prípade komerčne dostupných karbidov kremíka viazaných nitridmi, a dlhšej životnosti v porovnaní s materiálom oxidu hlinitého. Keramické častice vyrobené z tohto materiálu majú Mohovu tvrdosť 9,09,2 s presnými tvarmi vyrobenými ručne, čo umožňuje ich použitie v mnohých priemyselných aplikáciách. Životnosť keramiky presahuje životnosť hliníkového materiálu 10-krát viac.

Spekaný karbid kremíka je ideálnou alternatívou karbidu volfrámu na použitie v tryskacích dýzach vďaka svojej vynikajúcej odolnosti proti oderu, ktorá umožňuje zachovať vnútornú geometriu dýzy a zároveň poskytuje optimalizovanú účinnosť tryskania. Okrem toho spekaný karbid kremíka zvyčajne prežíva dlhšie ako jeho náprotivok, pričom ponúka dlhšiu životnosť a nižšie náklady na prestoje pri údržbe.

Karbid kremíka sa vyznačuje nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti a extrémnou tvrdosťou, čím poskytuje ochranu pred odieraním, nárazmi a trením. Ako vynikajúci vysokotlakový materiál je ideálnou voľbou pre aplikácie, ako sú valce používané na výrobu porcelánu pre domácnosť a keramických obkladačiek v peciach, mlynské lisy expandéry extrudéry a dýzy vyžadujúce vysokú úroveň tlaku na výrobu obkladačiek a porcelánu pre domácnosť. Karbid kremíka tiež dobre slúži v častiach odolných proti opotrebovaniu, ktoré sa nachádzajú v aplikáciách lisov lisov expandérov extrudérov a dýz.

Vysoká pevnosť

Karbid kremíka je jedným z najtvrdších, najľahších a najpevnejších priemyselných keramických materiálov. Vďaka svojej výnimočnej pevnosti odoláva veľkým teplotným výkyvom bez straty fyzikálnych vlastností a má nízku tepelnú rozťažnosť, takže je vhodný pre aplikácie vyžadujúce odolnosť proti korózii, ako aj mechanickému nárazu alebo vibráciám.

Spekaný karbid kremíka vyniká medzi keramikami ako výnimočná voľba z hľadiska odolnosti voči opotrebovaniu a tepelným šokom, vďaka čomu je to materiál pre náročné aplikácie, ako sú napríklad aplikácie obloženia výmenníkov tepla na spracovanie kyselín a vzácnych zemín, kde nehrdzavejúca oceľ, grafit alebo volfrám nemôžu uspokojiť dopyt z dôvodu odolnosti voči korózii spôsobenej kyselinou fluorovodíkovou; okrem toho sa vyznačuje vysokou úrovňou odolnosti voči oderu/erózii, pričom sa stále prispôsobuje zložitým tvarom s prísnymi toleranciami.

Systémy obloženia rúrok zo spekaného karbidu kremíka sa často používajú vo vysokotlakových parných aplikáciách. Materiál odoláva tlaku až do 1,6 MPa bez toho, aby podľahol únavovému a ohybovému namáhaniu, čo výrazne prevyšuje požiadavky stanovené pre polyméry, ako je PTFE. Okrem toho jeho odolnosť voči chemickým útokom znamená, že v týchto aplikáciách poskytuje dodatočnú ochranu.

Substráty z karbidu kremíka majú v porovnaní so svojimi kremíkovými náprotivkami v konštrukciách elektronických zariadení mnoho výhod, vrátane toho, že majú oveľa nižšie prierazné napätie, a preto sú schopné vydržať väčšie množstvo elektrickej energie bez toho, aby sa stali nestabilnými a rozpadli sa. To umožňuje, aby elektronické zariadenia vyrobené z karbidu kremíka boli oveľa menšie a energeticky účinnejšie ako podobné kremíkové konštrukcie; napríklad kremíkové IGBT používané v meničoch elektrických vozidiel môžu byť pri použití karbidu kremíka približne 10x menšie, čo vedie k menším riadiacim obvodom a lepšej celkovej účinnosti systému.

Spoločnosť American Elements ponúka rôzne veľkosti keramických rúrok z karbidu kremíka vhodných na vysokoteplotné aplikácie. Ich štandardné materiály, ako napríklad Hexoloy SE a Xicaar, ako aj vlastné zloženie môžu byť prispôsobené špeciálne pre komerčné a výskumné použitie. Odlievajú sa do tyčových, tyčových alebo doskových foriem ako terče pre aplikácie depozície tenkých vrstiev alebo depozície z chemických pár.

Vysoká odolnosť proti opotrebovaniu

Karbid kremíka je všeobecne známy svojou výnimočnou odolnosťou proti opotrebovaniu a v náročných aplikáciách, ako sú tryskacie dýzy, súčasti hydrocyklónov a keramické kolená, ľahko prekoná dlaždicové alebo kovové vložky. Spekaný karbid kremíka ponúka vysokú odolnosť voči oderu a erózii, čím sa predlžuje doba prevádzky potrubia a zároveň sa znižujú prestoje pri údržbe alebo opravách; okrem toho sa tento materiál môže pochváliť odolnosťou voči tepelným šokom, čo umožňuje jeho použitie tam, kde by iné materiály, ako napríklad karbid volfrámu alebo oxid hlinitý, zlyhali.

Kryštálová forma karbidu kremíka sa vyznačuje kovalentnými väzbami medzi atómami kremíka a uhlíka, ktoré vytvárajú dva primárne koordinačné tetraédre so štyrmi atómami kremíka a štyrmi atómami uhlíka spojenými v každom rohu, čím vzniká mimoriadne tvrdý materiál s tvrdosťou 9 podľa Mohsa, ktorá sa približuje tvrdosti diamantu. Karbid kremíka možno nájsť všade, od brúsneho papiera a rezacích/brúsnych kotúčov až po výmurovky pecí a raketových motorov; okrem toho vykazuje fascinujúce elektrické vlastnosti.

Reakčné spájanie a spekanie sú dve metódy používané na výrobu karbidu kremíka, pričom každá z nich má odlišný vplyv na jeho mikroštruktúru. Reakčne viazaný karbid kremíka sa môže vyrábať infiltráciou zmesí SiC a uhlíka tekutým kremíkom, ktorý reaguje na väčšie množstvo SiC; spekaný karbid kremíka sa môže vyrábať s použitím neoxidových spekacích pomôcok na formovanie čistého prášku SiC do kompaktov na reakčné viazanie; táto metóda nevytvára taký hustý konečný produkt ako reakčne viazaný SiC.

Nedávny výskum porovnával odolnosť rôznych materiálov rúrok odolných voči opotrebovaniu. Zistili, že rúrky zo spekaného nitridu viazaného karbidom kremíka dosahujú najlepšie výsledky z hľadiska odolnosti proti opotrebovaniu v podmienkach sypkej pôdy, potom nasledoval výplňový zvar F-61 so zvýšeným obsahom nióbu a nakoniec oceľ XAR 600 s mikroštruktúrou pozostávajúcou z jemných lamelových martenzitových pásov rovnomerne rozptýlených v celej mikroštruktúre.

Odolnosť karbidu kremíka voči abrázii je z veľkej časti spôsobená jeho húževnatosťou a tvrdosťou; vďaka tomu tento materiál odoláva opotrebovaniu spôsobenému prúdením hrubozrnných častíc pri vysokých tlakoch. Okrem toho má tento materiál vynikajúce vlastnosti odolnosti proti korózii, oxidácii a tepelným šokom, ktoré pomáhajú predĺžiť jeho životnosť v prostrediach náchylných na opotrebovanie.