Čo je karbid kremíka?

Karbid kremíka vykazuje veľmi vysokú pevnosť pri zvýšených teplotách, ako aj veľkú tvrdosť, odolnosť proti korózii, odolnosť proti tepelným šokom a toleranciu voči tepelným šokom.

Reakčne viazaný karbid kremíka (RBSiC) sa vyrába infiltráciou tekutého kremíka do poréznych uhlíkových alebo grafitových predliskov s presnými rozmermi. Týmto procesom sa získavajú výrobky s vysokou hustotou a presnými rozmermi.

Tvrdosť

Karbid kremíka alebo SiC je nezničiteľný keramický materiál, ktorý je schopný odolávať vysokým teplotám, chemickej korózii a mechanickému opotrebovaniu. Ako jedno z najčastejšie používaných brúsnych zŕn s priemernou tvrdosťou podľa Mohsa 9 porovnateľnou s diamantom sa SSiC môže pochváliť vynikajúcou odolnosťou proti erózii a tepelnou stabilitou - ideálnym riešením pre aplikácie vyžadujúce vysokú rýchlosť a tolerancie pri obrábaní.

Spekaný a reakčne viazaný karbid kremíka sú dve základné formy karbidu kremíka. Reakčne viazané druhy sú zvyčajne hustejšie, ale majú nižšiu ťažnosť a pevnosť; výroba zahŕňa infiltráciu poréznych kovových alebo keramických telies tekutým kremíkom, aby reagoval s prítomnými molekulami uhlíka, vyplnil póry a potom sa spekaním vytvorila hustá pevná hmota.

Spekaný karbid kremíka (SSiC) sa vyrába lisovaním a spekaním práškového a-SiC so spekanými prísadami do pevného kusu materiálu, zvyčajne pre aplikácie vyžadujúce vysokú úroveň pevnosti a tvrdosti. SSiC sa dodáva v rôznych tvaroch a veľkostiach, aby spĺňal požiadavky rôznych priemyselných odvetví.

Spekanie je termochemická reakcia, pri ktorej sa častice prášku spájajú do jedného pevného kusu materiálu, čím vzniká jeden rovnomerný kus pri relatívne nízkych teplotách a krátkom čase spekania. Vďaka tomu je SSiC ekonomický materiál s lepšími mechanickými vlastnosťami a chemickou odolnosťou ako pri výrobných procesoch čistého CVD a-SiC.

Odolnosť proti korózii

Karbid kremíka vykazuje vynikajúcu chemickú odolnosť voči agresívnym prostrediam, ako sú kyseliny chlorovodíková a sírová. Okrem toho jeho jedinečná štruktúra vytvára ochrannú povrchovú vrstvu, ktorá poskytuje maximálnu ochranu. To vysvetľuje jeho vysoký výkon voči zásadám (napr. potaš a kaustická sóda), ako aj voči oxidačným kyselinám, ako je kyselina dusičná. Túto odolnosť možno pripísať jeho prirodzeným vlastnostiam; ktoré vytvárajú na jeho povrchu pasivačnú vrstvu.

Táto vrstva zabraňuje priamemu kontaktu medzi substrátom a útočiacimi látkami a difúzii kyslíka cez ňu, čím sa výrazne znižuje rýchlosť korózie. Jej zloženie a hrúbka závisia od faktorov, ako je materiál použitý pri jej konštrukcii, ako aj teplota vystavenia alebo bezprostredné chemické prostredie, v ktorom sa komponenty nachádzajú.

Reakčne viazaný karbid kremíka (RB SiC) prekonáva konvenčný spekaný karbid kremíka (SSiC). RB SiC, vyrábaný infiltráciou tekutého kremíka do poréznych uhlíkových alebo grafitových predliskov, ponúka vynikajúcu tvrdosť a pevnosť, ako aj dobrú odolnosť voči tepelným šokom a korózii.

Okrem toho RB SiC vykazuje výnimočné pevnosti v tlaku, ťahu a ohybe vďaka svojej vysoko hustej mikroštruktúre a nízkej teplote spracovania dosiahnutej reakčným spekaním. Okrem toho sa jeho pevnosť v ohybe zvyšovala s klesajúcou veľkosťou zvyškového kremíka; pri kontrole veľkosti kremíkových častíc pod 100 nm pre optimálne výsledky skúšok sa dosiahlo viac ako 1000 MPa.

Tepelná vodivosť

Karbid kremíka (SiC) je jedným z najtvrdších keramických materiálov, ktorý sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu, teplotnou stabilitou a tepelnou vodivosťou. Okrem toho je SiC vďaka svojej odolnosti voči korózii a tepelným šokom bezkonkurenčný v porovnaní s akýmkoľvek iným materiálom na trhu. Vyrába sa metódou reakčného spájania alebo priameho spekania; reakčne spájaný SiC ponúka nižšiu tvrdosť, ale je cenovo výhodnejší a ľahšie sa s ním pracuje ako s jeho priamo spekaným náprotivkom.

Tepelná vodivosť SiC do značnej miery závisí od spôsobu spekania a použitia prísad. Napríklad SiC spekaný s 9 hmotnostnými % Y2O3-Er2O3 vykazuje oveľa nižší elektrický odpor v porovnaní so vzorkami bez tejto prísady; je to pravdepodobne spôsobené veľkým počtom vakancií a kryštalografických defektov prítomných v jeho fáze, ktoré znižujú tepelnú vodivosť.

Spekárske prísady sa pridávajú do SiC prášku pred spekaním s cieľom zvýšiť hustotu hotového výrobku, a tým zvýšiť jeho hustotu. Nanešťastie však ich pridávanie môže zvýšiť teplotu spekania a znížiť pevnosť v ohybe; v dôsledku toho je nevyhnutné nájsť rovnováhu medzi tepelnou vodivosťou a pevnosťou v ohybe SiC keramiky. To sa dá dosiahnuť výberom vhodných spekárskych prísad a zodpovedajúcim prispôsobením procesu spekania; okrem toho čisté hranice zŕn pomáhajú zvyšovať tepelnú vodivosť, pretože pomáhajú znižovať tepelné straty medzi zrnami a dutinami, čím sa zvyšuje tepelná vodivosť, čím sa znižujú tepelné straty medzi zrnami/dutinami, čím sa ďalej zvyšuje tepelná vodivosť; okrem toho čisté hranice zŕn tiež pomáhajú zvyšovať tepelnú vodivosť znižovaním tepelných strát medzi zrnami/dutinami, čo v konečnom dôsledku vedie k väčšej tepelnej vodivosti medzi zrnami/dutinami, čím sa zvyšuje tepelná vodivosť keramiky.

Chemická odolnosť

SiC je známy svojou odolnosťou voči korózii v rôznych chemických prostrediach. Je to spôsobené najmä tým, že sa na jeho povrchu vytvára vrstva oxidu, ktorá ho chráni pred priamym kontaktom s akýmikoľvek potenciálne korozívnymi chemikáliami, pričom ide o inertný materiál s veľmi nízkou chemickou reaktivitou, čo ešte zvyšuje jeho odolnosť.

Beztlaková spekaná keramika z karbidu kremíka sa môže pochváliť najvyššou odolnosťou proti korózii spomedzi neoxidovej keramiky, odoláva všetkým bežným kyselinám (chlorovodíkovej, sírovej, hydrobrómovej a fluorovodíkovej), všetkým zásadám (aminy, potaš a kaustická sóda), ako aj oxidačným médiám, ako je kyselina dusičná. Jeho odolnosť proti opotrebovaniu však nedosahuje odolnosť kobalt-chrómových cementovaných karbidov volfrámu, zatiaľ čo diamant poskytuje väčšiu ochranu proti opotrebovaniu.

Reakčne viazaný karbid kremíka síce nemá takú odolnosť proti korózii a oderu, ale vďaka svojej vysokej tvrdosti, pevnosti pri zvýšených teplotách a tepelnej vodivosti je vhodný na výrobu tesniacich plôch, častí čerpadiel a iných vysoko výkonných aplikácií. Okrem toho sa môže pochváliť jedným z najnižších koeficientov tepelnej rozťažnosti medzi neoxidovou keramikou, čo zaručuje optimálny výkon v rôznych priemyselných podmienkach.

Spoločnosť Junty ponúka široký výber tried spekaného karbidu kremíka na zlepšenie tribologických vlastností mechanických tesnení, rezných nástrojov, opotrebovateľných krúžkov a ventilových sediel. Naši skúsení pracovníci s vami budú úzko spolupracovať pri výbere vhodnej triedy - buď reakčne spájaného, alebo priamo spekaného karbidu kremíka - pre vašu aplikáciu.