Cevi iz silicijevega karbida - odporne na obrabo in korozijo

Silicijev karbid je dobro odporen proti koroziji in obrabi, zato je odličen material za sestavne dele v kemičnih obratih in elektrarnah. Poleg tega je zaradi tolerance na vrtilno hitrost odporen na visoke vrtilne hitrosti, zato je primeren za uporabo v ležajih.

Cevi s keramično oblogo se uporabljajo v rudarstvu, metalurgiji in premogovništvu za prevoz rudniških abrazivnih materialov, kot so koncentrat prahu, žlindra in premog. Zagotavlja boljšo odpornost proti obrabi kot običajne jeklene cevi.

Odpornost na korozijo

Silicijev karbid (SiC), izredno trda in zelo odporna proti obrabi sintetična kristalinična spojina, sestavljena iz silicija in ogljika, ima trdoto po Mohsovi lestvici 9 in se že od 19. stoletja uporablja za izdelavo izdelkov, kot so brusni papir, brusilna kolesa, rezalna orodja in ognjevarni materiali za peči za opeko. V zadnjem času pa se SiC pogosto uporablja tudi za proizvodnjo keramičnih izolatorjev in polprevodniških podlag za svetleče diode.

Odpornost SiC proti koroziji je v veliki meri posledica površinske prevleke s plastmi oksidov, ki se tvorijo na njegovi površini in zagotavljajo zaščito pred vplivom vode in kisika, hkrati pa so odporni proti prodiranju kislin, baz in agresivnih kemikalij, kot je dušikova kislina. V nekaterih primerih te plasti ščitijo celo pred oksidativnimi snovmi, kot je dušikova kislina, ki bi jih sicer lahko napadle.

Brez tlaka sintrani silicijev karbid se je v različnih aplikacijah izkazal za zelo odpornega proti koroziji, pri čemer po kemični in toplotni stabilnosti prekaša materiale, kot so jeklena litina, inertni aluminijev oksid in visokokakovostne nikljeve zlitine. Poleg tega je odpornost breztlačnega sintranega silicijevega karbida na abrazijo in erozijo veliko boljša v primerjavi z večino kovin, kot je aluminijev oksid (3-krat večja kot pri jeklu), ter njegova velika odpornost proti obrabi in koroziji v primerjavi z ognjevarnim litim jeklom (3-krat večja kot pri jeklu).

Korozijsko obnašanje silicijevega karbida in silicijevega nitrida se močno razlikuje glede na okoljske pogoje, vendar so korozijski modeli za oba materiala dosegli velik napredek pri natančnem prikazu. Korozijski mehanizmi, ki vključujejo kompleksna okolja, so odvisni od prisotnih kemijskih vrst, njihovega reakcijskega zaporedja, sprememb na površini v morfologijo mikrostrukture ter sprememb v morfologiji površine in mikrostrukture materialov, ki skupaj vplivajo na nastanek korozije.

Cevi iz silicijevega karbida se ponašajo z dolgo življenjsko dobo in so še posebej idealne za prenos abrazivnih, korozivnih ali strupenih kemikalij. Njihova vzdržljivost pomeni, da lahko prenesejo temperature nad 48 °C, visoke pritiske in mehanske obremenitve. Kot alternativa jeklenim cevem se uporabljajo v elektrarnah, metalurgiji in kemični industriji - pa tudi v opremi, ki se uporablja za prenos prahov iz postopkov uplinjanja premoga (uplinjanje/razpihovanje/višja peč/cementna peč), blokov/pepela iz uplinjanja/razpihovanja/višje peči/cementne peči/cementne peči/cementne peči/cementne peči/cementne peči/cementne peči/cementne peči/cementne peči.

Odpornost na visoke temperature

Silicijev karbid je topen v vodi in odporen na kisline in lužine, ima visoka tališča in desetkrat večjo trdnost kot aluminijev oksid, zato je odporen proti koroziji pri zelo visokih temperaturah, kar je prednost v industrijskih pečeh, kjer temperature pogosto presegajo tiste, pri katerih bi se običajna keramika zlomila ali razpokala.

Silicijev karbid že dolgo velja za idealen material za zaščitne cevi termočlenov v različnih aplikacijah zaradi svoje izjemne odpornosti proti koroziji v različnih okoljih. Silicijev karbid v tem pogledu prekaša tradicionalno keramiko in zlitine duktilnih kovin; njegova robustna površina zagotavlja zaščito pred zgorevalnimi plini, žlindro, pepelom in premogom, hkrati pa je odporna proti eroziji, ki jo povzročajo te kemikalije.

Brez tlaka sintran silicijev karbid (PSSiC) je veliko čistejši od reakcijsko vezanega silicijevega karbida, kar mu daje večjo mehansko trdnost in odpornost proti koroziji. Na PSSiC ne morejo vplivati kisline, alkalije ali staljene soli, poleg tega pa je sposoben prenesti toplotne udarce pri izjemno visokih temperaturah; poleg tega ima odlične električne lastnosti z visoko toplotno prevodnostjo in nizkim koeficientom toplotnega raztezanja.

Keramični materiali z nizko poroznostjo, kot je cirkonij, so veliko bolj odporni proti kemičnemu jedkanju, zlasti industrijska keramika, saj je njihova odpornost proti abraziji štiri- do petkrat večja kot pri komercialno dostopnih silicijevih karbidih, vezanih z nitridom, in imajo daljšo življenjsko dobo v primerjavi z materiali iz aluminijevega oksida. Keramični delci iz tega materiala imajo Mohovo trdoto 9,09,2 z natančnimi oblikami, izdelanimi ročno, kar omogoča njegovo uporabo v številnih industrijskih aplikacijah. Življenjska doba keramike je desetkrat daljša od življenjske dobe aluminijastega materiala.

sintrani silicijev karbid je idealna alternativa volframovemu karbidu za uporabo v šobah za peskanje zaradi svoje odlične odpornosti proti obrabi, ki omogoča ohranjanje notranje geometrije šobe in zagotavlja optimalno učinkovitost peskanja. Poleg tega sintrani silicijev karbid običajno preživi dlje od svojega ustreznika, hkrati pa zagotavlja daljšo življenjsko dobo in manjše stroške izpadov zaradi vzdrževanja.

Silicijev karbid se ponaša z nizkim koeficientom toplotnega raztezanja in izjemno trdoto, kar zagotavlja zaščito pred abrazijo, udarci in trenjem. Kot odličen visokotlačni material je idealna izbira za aplikacije, kot so valji, ki se uporabljajo za proizvodnjo gospodinjskega porcelana in keramičnih ploščic v pečeh, mlinskih stiskalnicah, ekspanderjih, ekstruderjih in šobah, ki zahtevajo visok tlak za proizvodnjo gospodinjskih ploščic in porcelana. Silicijev karbid se dobro obnese tudi v delih, odpornih proti obrabi, ki se uporabljajo v mlinih, stiskalnicah, ekspanderjih, ekstruderjih in šobah.

Visoka trdnost

Silicijev karbid je eden najtrših, najlažjih in najmočnejših industrijskih keramičnih materialov. Zaradi svoje izjemne trdnosti lahko prenese velika temperaturna nihanja, ne da bi pri tem izgubil svoje fizikalne lastnosti, in ima majhen toplotni raztezek, zato je primeren za aplikacije, ki zahtevajo odpornost proti koroziji ter odpornost proti mehanskim udarcem ali vibracijam.

Sintrani silicijev karbid se med keramiko odlikuje kot izjemna izbira v smislu odpornosti proti obrabi in toplotnim šokom, zaradi česar je primeren material za zahtevne aplikacije, kot so obloge toplotnih izmenjevalnikov za predelavo kislin in redkih zemelj, kjer nerjavno jeklo, grafit ali volfram zaradi korozijske odpornosti, ki jo povzroča fluorovodikova kislina, ne morejo zadovoljiti povpraševanja; poleg tega ima visoko stopnjo odpornosti proti obrabi/eroziji in se še vedno prilega kompleksnim oblikam z majhnimi tolerancami.

Cevne obloge iz sintranega silicijevega karbida se pogosto uporabljajo v visokotlačnih parnih aplikacijah. Material lahko prenese tlak do 1,6 MPa, ne da bi podlegel utrujanju in upogibnim obremenitvam, kar močno presega zahteve, določene za polimere, kot je PTFE. Poleg tega je zaradi svoje odpornosti na kemične napade dodatno zaščiten v teh aplikacijah.

Podlage iz silicijevega karbida imajo v primerjavi s svojimi silicijevimi kolegi pri načrtovanju elektronskih naprav številne prednosti, med drugim imajo veliko nižjo prebojno napetost, zato lahko prenesejo večje količine električne energije, ne da bi postali nestabilni in se pokvarili. To omogoča, da so elektronske naprave, izdelane iz substratov iz silicijevega karbida, veliko manjše in energetsko učinkovitejše kot podobne silicijeve zasnove; na primer, silicijevi IGBT, ki se uporabljajo v pretvornikih za električna vozila, so lahko z uporabo materiala iz silicijevega karbida približno 10-krat manjši, kar vodi do manjših krmilnih vezij in izboljšane splošne učinkovitosti sistema.

American Elements ponuja različne velikosti keramičnih cevi iz silicijevega karbida, primernih za uporabo pri visokih temperaturah. Njihovi standardni materiali, kot sta Hexoloy SE in Xicaar, ter sestavi po meri so lahko prilagojeni posebej za komercialno in raziskovalno uporabo. Odlivajo se v obliki palic, palic ali plošč kot tarče za nanašanje tankih plasti ali kemično nanašanje iz hlapov.

Visoka odpornost proti obrabi

Silicijev karbid je splošno znan po svoji izjemni odpornosti proti obrabi in zlahka preseže obloge iz ploščic ali kovinske obloge v zahtevnih aplikacijah, kot so šobe za peskanje, sestavni deli hidrociklona in keramična kolena. Spečeni silicijev karbid ima visoke lastnosti odpornosti proti obrabi in eroziji, kar podaljšuje čas obratovanja cevi in hkrati zmanjšuje zastoje pri vzdrževanju ali popravilih; poleg tega se ta material ponaša z odpornostjo proti toplotnim šokom, kar omogoča uporabo tam, kjer bi drugi materiali, kot sta volframov karbid ali aluminijev oksid, odpovedali.

Kristalna oblika silicijevega karbida vsebuje kovalentne vezi med silicijevimi in ogljikovimi atomi, ki tvorijo dva primarna koordinacijska tetraedra s štirimi silicijevimi in štirimi ogljikovimi atomi, povezanimi v vsakem vogalu, kar ustvarja izjemno trden material z Mohsovo trdoto 9, ki se približuje trdoti diamanta. Silicijev karbid najdemo povsod, od brusnega papirja in rezalnih/brusilnih koles do oblog peči in raketnih motorjev; poleg tega ima zanimive električne lastnosti.

Reakcijsko vezanje in sintranje sta dve metodi, ki se uporabljata za proizvodnjo silicijevega karbida, pri čemer imata vsaka različne učinke na njegovo mikrostrukturo. Reakcijsko vezani silicijev karbid se lahko proizvaja z infiltriranjem zmesi SiC in ogljika s tekočim silicijem, ki reagira v več SiC; sintrani silicijev karbid se lahko proizvaja z uporabo neoksidnih sredstev za sintranje, da se čisti prah SiC oblikuje v kompakte za reakcijsko vezanje; ta metoda ne daje tako gostega končnega izdelka kot reakcijsko vezani SiC.

Nedavna raziskava je primerjala abrazivne lastnosti različnih materialov za cevi, odpornih proti obrabi. Ugotovili so, da so se cevi iz sintranega nitrida, vezanega s silicijevim karbidom, najbolje izkazale pri odpornosti proti obrabi v razmerah sipke zemlje, sledil je polnilni zvar F-61 s povečano vsebnostjo niobija in nazadnje jeklo XAR 600, katerega mikrostruktura je sestavljena iz drobnih trakov martenzita, enakomerno razpršenih po vsej mikrostrukturi.

Odpornost silicijevega karbida proti obrabi je v veliki meri posledica njegove žilavosti in trdote; zato lahko ta material vzdrži obrabo, ki jo povzroča pretok grobozrnatih delcev pod visokim tlakom. Poleg tega ima ta material odlične lastnosti odpornosti proti koroziji, oksidaciji in toplotnim udarcem, ki pomagajo podaljšati njegovo življenjsko dobo v okoljih, dovzetnih za obrabo.