Reakcijsko vezan silicijev karbid

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSC) je izjemno močna in odporna keramika, ki se uporablja v številnih aplikacijah, kot so motorji plinskih turbin in obrabne komponente.

Reakcijsko lepljenje vključuje infiltracijo poroznega ogljikovega materiala s staljenim silicijem, da nastane elastičen keramični hibrid, ki ga je mogoče oblikovati z običajnimi tehnikami oblikovanja keramike, kot so stiskanje, brizganje in iztiskanje.

Visoka čistost

Silicijev karbid (SiC) je ena najtrših keramik, ki ohranja trdoto in trdnost tudi pri povišanih temperaturah. SiC je kemično inerten in odporen na topila, odlikuje pa ga tudi dobra toplotna prevodnost - za polovico manjša kot pri jeklu! Podjetje JJISCO izdeluje standardne izdelke iz SiC in izdelke po meri, ki zagotavljajo optimalno zmogljivost za industrijske potrebe.

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSC) je izdelan iz porozne mešanice SiC in ogljika, ki je bila infiltrirana s tekočim ali plinastim silicijem, ki prodira v pore, reagira z ogljikom in tvori dodaten silicijev karbid, ki poveže začetne delce in tvori gosta, močna telesa z bistveno boljšo odpornostjo proti udarcem in obrabi kot sintrani SiC, hkrati pa je odpornejši proti oksidaciji pri višjih temperaturah kot CVD SiC.

Sestavni deli iz reakcijsko vezanega jekla (RBSC) niso odvisni od pomožnih sredstev za sintranje, ki v končno telo vnašajo nečistoče in tako zmanjšujejo njegovo trdnost, zato je RBSC odlična možnost za aplikacije z visoko čistostjo, kot so sestavni deli difuzijskih peči. Uporaba tega postopka lahko koristi tudi mehanskim tesnilom, pohištvu peči, šobam gorilnikov in sevalnim cevem, ki prav tako zagotavljajo odlično temperaturno stabilnost, ki podaljša življenjsko dobo z zmanjšanjem razgradnje zaradi kemičnih reakcij in oksidacije; to je še posebej pomembno pri sestavnih delih, pri katerih se med delovanjem pogosto spreminjajo temperature; ta postopek zagotavlja odpornost proti obrabi in udarcem ter kemično odpornost.

Visoka trdnost

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RB SiC) se ponaša z eno najvišjih trdot po Mohsovi lestvici med sintetičnimi materiali, zato je zelo trpežen. Kot tak lahko RB SiC prenese udarce močnih udarcev in visokohitrostno abrazijo pri visokih temperaturah; to podaljšuje njegovo življenjsko dobo v rudarstvu in drugih panogah, ki delujejo pri visokih temperaturah. Poleg tega je RB SiC zaradi svoje odpornosti na oksidacijo in korozijo idealen za kemične aplikacije.

Reakcijsko vezani silicijev karbid se proizvaja z infiltracijo staljenega silicija v porozne ogljikove ali grafitne predoblike, kjer reagira z ogljikom in tvori dodatne delce SiC, ki se nato ponovno vežejo na prvotno matrico silicijevega karbida. Ta metoda izdelave keramike je bistveno hitrejša od tradicionalnih metod, ki se zanašajo na pomoč pri sintranju, da se gost prah zlije v gosto telo; rezultat so zelo trpežni materiali z izjemnimi dimenzijskimi tolerancami po žganju in odlično mehansko trdnostjo.

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RB SiC) je v primerjavi s sintranim silicijevim karbidom bistveno cenejši in ima manjšo trdoto, zato je primeren za aplikacije, ki zahtevajo večjo poroznost ali prepustnost za pline in tekočine. Reakcijsko vezani silicijev karbid se ponaša tudi z izjemno odpornostjo na toplotne udarce, kar pomeni, da lahko prenese hitra temperaturna nihanja, ne da bi izgubil trdnost ali lastnosti, zato je RB SiC odlična izbira materiala za črpalke, mehanska tesnila, ležaje in drugo industrijsko opremo.

Visoka duktilnost

Reakcijsko lepljenje je tehnika oblikovanja keramike, ki vključuje infiltracijo poroznih predoblik iz ogljikovega dioksida s tekočim silicijem, ki reagira z ogljikom in tvori več SiC, s čimer se prvotni ogljikov material zlepi skupaj.

S tem postopkom se doseže veliko večja duktilnost kot pri običajnih postopkih in omogoča izdelavo kompleksnih izdelkov RBSC skoraj neto oblike pri bistveno nižjih temperaturah.

Pri običajnem sintranju RBSC so potrebne zelo visoke temperature; odvisno od uporabljene metode (reakcijsko spajanje, vroče stiskanje ali brez tlaka) lahko temperature presežejo 2200 stopinj Celzija. S pojavom tehnologije reakcijskega spajanja pa je postopek zdaj mogoče izvajati pri veliko nižjih temperaturah.

Za čim večjo upogibno trdnost mora tekoči silicij prodreti skozi kapilarne kanale, ne da bi jih zamašil. Tipičen postopek združuje a-SiC v prahu z grafitom ali organskim vezivom, ki poveča eksotermnost infiltracije; to vodi do nastanka faz B-C-SiC in zmanjšanja količine preostalega silicija [5].

Gelcasting uporablja sisteme za oblikovanje gela za oblikovanje mikrostrukture in mehanskih lastnosti končnih izdelkov. Akriliamid (AM), najpogosteje uporabljen monomer za to uporabo, je zaradi zaviranja procesa polimerizacije s kisikom nevrotoksičen, zato je treba kot alternativo uporabiti netoksične sisteme za oblikovanje gela.

Manjša gostota

Reakcijsko vezani silicijev karbid ima manjšo trdoto in trdnost kot sintrani, vendar je bolj odporen na obrabo, toplotno in kemično odpornost. Reakcijsko vezani silicijev karbid je na voljo v različnih oblikah, velikostih in tolerancah, zato je vsestranski material, ki je idealen za mehanska tesnila, ležaje, cevi, dušilke za nadzor pretoka in večje obrabne komponente, ki se uporabljajo v rudarstvu in drugih industrijah.

Reakcijsko vezani postopki za izdelavo keramike SiC vključujejo infiltracijo poroznih ogljikovih ali grafitnih preform s tekočo silicijevo talino, pri čemer pride do reakcije med njim in ogljikom na mestu nastanka b-SiC, ki poveže svoje prvotne delce a-SiC. Kapilarni kanali, ki ostanejo nereagirani, se nato zapolnijo s preostalo silicijevo tekočino.

Ena od prednosti proizvodnje RBSC je, da se lahko izvaja pri nižjih temperaturah kot sintranje; vendar lahko proizvedena keramika vsebuje precejšnje količine prostega silicija, ki se lahko med rokovanjem ali uporabo pod pritiskom zlomi.

Za zmanjšanje prostega silicija je ključnega pomena, da se ohrani kratek čas RS in da se predobliki dodajo saje. To lahko poveča relativno gostoto materiala zelenega telesa in hkrati poveča upogibno trdnost in elastični modul upogiba, ko se vsebnost saj v predobliki poveča do 15 masnih odstotkov.