sintrani silicijev karbid

Silicijev karbid je visoko zmogljiva keramika z izjemno trdoto, odpornostjo proti obrabi in toplotno prevodnostjo. Vendar je zaradi njegove kompleksne geometrije natančna obdelava izjemno zahtevna; pri delu z njim je treba uporabiti diamantna orodja za doseganje največje natančnosti.

Družba Saint-Gobain uporablja več načinov proizvodnje za izdelavo izdelkov iz sintranega silicijevega karbida najvišje kakovosti. Uporabljamo postopke reakcijskega sintranja in breztlačnega sintranja za popolnoma zgoščene keramične izdelke, ki so zasnovani tako, da so kos strogim zahtevam.

Visoka trdnost

Keramika iz silicijevega karbida je med najtršimi in najmočnejšimi, ki so na voljo, saj ohranja svojo trdnost pri visokih temperaturah, hkrati pa je odporna na udarce. Zaradi te kombinacije trdote in trdnosti je silicijev karbid idealen material za številne zahtevne aplikacije; zlasti je odporen proti koroziji in oksidaciji, hkrati pa ima nizek koeficient toplotnega raztezanja ter odlične tribološke lastnosti in je električni polprevodnik.

Mascerina materiala VSiC in PGS-100 iz sintranega silicijevega karbida za tesnila črpalk zagotavljata dolgotrajno vzdržljivost v zahtevnih okoljih, ki vključujejo korozijo in abrazijo. Standardne velikosti in geometrije VSiC so primerne za večino vrst črpalk, medtem ko je PGS-100 dodana vsebnost grafita, ki poveča mazivnost za izboljšano sposobnost PV med pari trdih površin, kar zagotavlja večjo vzdržljivost pri suhem teku in večjo učinkovitost tesnjenja.

Reakcijsko sintranje (RS-SiC) je zaradi goste strukture, nizke temperature obdelave, dobre sposobnosti oblikovanja in visoke čistosti eden najbolj zaželenih postopkov izdelave silicijevega karbida. Žal so mehanske lastnosti, kot sta trdnost in Youngov modul RS-SiC, običajno nižje zaradi velikosti preostalega silicija (Si) v njegovi mikrostrukturi.

Breztlačno sintranje keramike iz silicijevega karbida (PS-SiC) je druga metoda za proizvodnjo keramike iz silicijevega karbida, pri kateri se uporablja zelo fini prah SiC, pomešan z majhnimi količinami dodatkov za sintranje, da nastane gost material z drobnimi zrni. Ima odlične mehanske lastnosti in metode oblikovanja, zato je ta tehnika primerna za različne aplikacije.

Visoka togost

Silicijev karbid (SiC), ki se običajno imenuje eden od najtrših keramičnih materialov, ki so danes na voljo. SiC se odlikuje po tem, da njegova trdnost in trdota ostajata nespremenjeni tudi pri zelo visokih temperaturah, zaradi česar je izredno odporen material, odporen proti obrabi, koroziji in toplotnim šokom - še bolj impresivno pa je, da je njegova teža za polovico manjša od jekla, hkrati pa se ponaša z nizkim koeficientom širjenja in odličnimi lastnostmi toplotne prevodnosti.

Sintrani silicijev karbid se proizvaja z mešanjem finega in čistega silicijevega karbida v prahu z neoksidnimi dodatki za sintranje, nato pa se ta material v prahu zgošča s tradicionalnimi postopki oblikovanja keramike, kot so izostatično stiskanje, tlačno stiskanje ali brizganje. Ti načini oblikovanja keramike omogočajo oblikovanje zelo zapletenih oblik, ne da bi se pri tem poslabšale lastnosti sintranja.

Reakcijsko vezana in breztlačna tehnologija sintranja silicijevega karbida sta dve osnovni obliki tehnologije sintranja, ki lahko ustvarita izjemno močno, trdo in trajno keramiko za uporabo pri visokih temperaturah; vsaka vrsta ima posebne značilnosti, zaradi katerih je lahko primerna za določene naloge ali uporabe.

Reakcijsko vezani silicijev karbid (SSiC) družbe Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories, proizveden z reakcijskim sintranjem, ponuja izjemne kemične in mehanske lastnosti pri temperaturah, ki presegajo 2.000 stopinj Celzija, za končne aplikacije. Ponuja izjemno odpornost na toplotne udarce, kemično korozijo in ima odlično odpornost na oksidacijo ter trdnost proti plazenju in pretrganju.

Odpornost na visoke temperature

Sintrani silicijev karbid dobro prenaša visoke temperature ter je odporen proti koroziji, oksidaciji in udarcem, zato je eden najtrših materialov na svetu. Ker je sposoben prenesti močno vročino in pritisk, ne da bi razpokal pod obremenitvijo, je idealna izbira materiala za šobe za peskanje, ki se uporabljajo v zahtevnih okoljih, kot so elektrarne ali obrati za sintranje jekla.

SSiC prenese temperature do 1.900 stopinj Celzija, kar je precej več od talilnih točk večine zlitin. Poleg tega je zelo odporen na kemično erozijo in kemične vplive, zato je primeren material za zahtevne aplikacije, kot je litje kovin.

Sintrirani silicijev karbid se proizvaja z več postopki oblikovanja keramike, vključno z ekstrudiranjem (cevi) in hladnim izostatičnim stiskanjem za plošče in bloke. Po strojni obdelavi z natančnimi tolerancami se nato sintra v nadzorovani atmosferi, da se prepreči oksidacija in postane močan, trd in toplotno prevoden material. Čeprav je ta proizvodna metoda draga in dolgotrajna, z njo pridobimo izdelke iz silicijevega karbida vrhunske kakovosti, ki se ponašajo z veliko trdnostjo, trdoto in toplotno prevodnostjo.

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSIC) pa je slabši, ko gre za upogibno trdnost, kemijsko odpornost in lomno žilavost. Reakcijsko vezani silicijev karbid nastane z vbrizgavanjem tekočega silicija v porozne ogljikove ali grafitne predoblike; njegovi proizvodni stroški so nižji kot pri SSiC, hkrati pa je z njim lažje izdelati manjše dele in kompleksne oblike; njegova zmogljivost pri visokih temperaturah prav tako presega zmogljivost konkurenčnega materiala.

Prevodnost pri visokih temperaturah

Toplotna prevodnost sintranega silicijevega karbida se povečuje s spreminjanjem vsebnosti dodatkov zaradi povečanja evtektične tekoče faze med zrni SiC z naraščajočo temperaturo, zaradi česar se poveča njegova keramična gostota, kar povzroči večjo električno prevodnost skozi njegovo izolacijsko mrežo.

SSiC se ponaša z višjimi temperaturami sintranja, zaradi česar ga je lažje obdelovati in zagotavlja manjše tolerance kot reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSIC), zato je primeren za izdelavo komponent procesne opreme, kot so šobe, ventili, tuljave gredi ali pohištvo peči.

Morganova kakovost Purebide(r) SSiC zagotavlja izjemno odpornost proti obrabi, odlično kemično odpornost in izjemno upogibno trdnost pri povišanih temperaturah. Poleg tega dodatek prostega grafita poveča mazivnost za izboljšano zmogljivost hitrosti pritiska med pari trdih površin.

Reakcijsko vezani silicijev karbid nastane z infiltracijo staljenega silicija v porozne ogljikove ali grafitne predoblike, nato pa s stiskanjem in sintranjem nastane reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSC). Čeprav njegova trdnost in trdota morda ne dosegata trdnosti SSiC, reakcijsko vezani SC zagotavlja odlično odpornost proti obrabi, njegova proizvodnja pa je veliko cenejša - poleg tega so proizvodni časi pogosto hitrejši, zato je ta možnost privlačna rešitev za nekatere aplikacije.

Brez tlaka sintran silicijev karbid se ponaša z mehanskimi lastnostmi polikristalnega, čelno centriranega kubičnega materiala z nizkim koeficientom raztezanja, zaradi česar je primeren za natančne aplikacije, kot so kalupi in obrabni deli. Poleg tega njegova vzdržljivost pri ekstremnih temperaturah kaže odlično odpornost proti kemičnim napadom, kot dodaten bonus pa ponuja toplotno stabilnost.