Kiselkarbid Material

Kiselkarbid (SiC) är ett av de hårdaste materialen, näst efter diamant. Tack vare sin exceptionella hållfasthet och slitstyrka är SiC en idealisk kandidat för applikationer som slipmedel och eldfasta material.

SiC finns både naturligt i moissanitmineral och tillverkas syntetiskt av företag som Blasch ULTRON sintered SiC. SiC erbjuder flera fördelar jämfört med andra keramiska material, bland annat:.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselkarbid är en icke-oxidkeramik som används i applikationer som kräver hög termisk och mekanisk prestanda, t.ex. slitstarka delar till industrimaskiner och slitstarka beläggningar till ugnar. Dessutom gör kiselkarbidens kemiska struktur att den tål extrema temperaturer.

På grund av sin extremt lilla molekylstorlek och täta packning har polyimid en extremt låg termisk expansionshastighet, vilket leder till höga termiska motståndsegenskaper i dess sammansättning.

Eftersom den är motståndskraftig mot korrosion och andra kemiska reaktioner vid höga temperaturer som vanligtvis skulle skada andra typer av keramer, används den ofta i applikationer för kemisk bearbetning - t.ex. svetsade värmeväxlare som hanterar mycket sura eller alkaliska blandningar vid förhöjda processtemperaturer. Detta gör den perfekt för kemiska processapplikationer som kräver höga processtemperaturer, t.ex. vid bearbetning av mycket sura eller alkaliska blandningar som de som förekommer i kemiska reaktorer.

SiC är också idealiskt för användning i olje- och gasapplikationer, t.ex. roterande ventiler eller flänsar som utsätts för höga nivåer av föroreningar, nötning och korrosion. Mekaniska lager och tätningar i SiC används ofta vid pumpning av starkt abrasiva eller korrosiva medier genom pumpsystem, t.ex. på tankdräneringspumpar, eller för blästermunstycken med blästermedel som oljeslamsblandningar med oljeslamsblandningar eller blästermedel som sandkorn med blästermedel.

Kiselkarbidens breda bandgap gör den särskilt lämplig för elektroniska applikationer, vilket minskar den energi som krävs för att överföra elektroner mellan dess valens- och ledningsband, vilket avgör om det fungerar som en isolator, ledare eller halvledarmaterial. Kiselkarbid blir halvledande när dopämnen som bor och aluminium tillsätts som dopämnen till dess materialsammansättning.

Kiselkarbidens breda bandgap gör den till ett attraktivt materialval för högpresterande effekttransistorer. Det tål högre spänningar innan det går sönder, vilket leder till mindre enheter med ökad effektivitet som sparar energi - denna egenskap kan särskilt spela in i elbilar där effektivitetskraven kan vara särskilt stora.

Motståndskraft mot korrosion

Kiselkarbid är ett kemiskt inert material med utmärkt korrosionsbeständighet. Det tål exponering för oorganiska syror (saltsyra, svavelsyra och fluorvätesyra), alkalier och salter samt koncentrerade svavelsyralösningar (ättiksyra och klor), bland andra oxidationsmedel som koncentrerade svavelsyralösningar eller klorgaskoncentration. Kiselkarbid används vid tillverkning av stål och metaller samt vid keramik- och glastillverkning, tillverkningsprocesser för utrustning till högtemperaturugnar eller tillverkningsprocesser för utrustning till högtemperaturugnar.

Det finns ett omfattande urval av industriella kiselkarbidkvaliteter tillgängliga, allt från finkorniga till grovkorniga korn med kornstorlekar upp till 1,5 mm. Produktionsmetoderna för dessa inkluderar reaktionsbunden SiC, sintrad SiC och nitridbunden kiselkarbid. Alla har utmärkt korrosionsbeständighet samt långsiktig hållfasthet vid mycket höga temperaturer.

Reaktionsbunden SiC framställs genom att en blandning av pulveriserad SiC och flytande kisel infiltreras i en infusor, varvid kristallin kiselkarbid bildas. När denna produkt har skapats kan den sedan nitreras genom att den reagerar med metalliskt kiselpulver i en atmosfär av kväve, vilket ger nitrider och oxider på ytnivå som skapar nya strukturer på ytan.

Denna metod har den extra fördelen att komponenterna är tätt packade, vilket skapar en exceptionellt stark barriär mot syrgasdiffusion in i deras centrala kristallstruktur. Trots att de har höga koncentrationer av fritt kisel på ytan är korrosionshastigheten därför extremt låg.

Kiselkarbidnitrider och -oxider är täta material, vilket skapar en extremt hård och seg yta som motstår mekanisk skada, vilket bidrar avsevärt till dess höga korrosionsbeständighet samt dess exceptionella hårdhet, slitstyrka och utmattningshållfasthet.

Korrosionsbeständigheten hos grovkorniga SIC-kvaliteter som tillverkas med trycklös sintring är särskilt imponerande, och 3PB-tester visar detta fenomen med imponerande tydlighet. Även efter att ha utsatts för smält klor under långa perioder förblir hållfastheten nästan konstant under långa perioder - en otrolig tillgång i många olika tillämpningar.

Hög hållfasthet

Kiselkarbid (SiC) är ett av de starkaste material som människan känner till, näst efter diamant. SiC används ofta i slipmedel och slitstarka delar på grund av sin hårdhet; för eldfasta material och keramik på grund av sin värmebeständighet och låga värmeutvidgning; samt inom elektronik på grund av sina elektriska egenskaper.

Högtemperaturkeramik är både mycket eldfast och kemikaliebeständig i högtemperaturmiljöer, vilket gör den lämplig för ugnsinfodringar och isolering av gasturbinrotorer. Keramiken är olöslig i vatten och alkohol, men kan utan att lösas upp motstå angrepp från de flesta organiska syror, alkalier och smälta salter upp till 1600 grader Celsius. Med sin höga värmeledningsförmåga och mycket låga expansionskoefficient är keramik ett idealiskt isoleringsmaterial.

SiC:s styrka ligger i dess skiktade struktur, som kan anta många former eller polytyper. Varje skikt består av fyra kovalent bundna kol- och kiselatomer i en tetraedrisk konfiguration. Deras hörn länkas samman i en rad olika riktningar som genererar unika polytyper; deras täta packning ökar styrkan dramatiskt.

Sintrad SiC har en hög densitet, men de höga temperaturer som används kan ibland resultera i problem med nacktillväxt och densifiering. För att producera detta material mer effektivt används därför ofta reaktionsbindning, varvid pulveriserad kiseldioxid eller kvartssand kombineras med 10-50% rent kiselkarbidpulver innan det bränns under lågt tryck i en specialpress för att eliminera avdunstning av SiO2 och samtidigt begränsa halstillväxten.

Exotermisk nitrering av en förform som är cirka 3% större än den slutliga komponenten kan också producera SiC som behåller sin styrka vid högre temperaturer, vilket möjliggör produktion av delar med olika väggtjocklekar samtidigt som delarnas strukturella integritet upprätthålls.

Kiselkarbidens höga temperaturprestanda gör det till ett attraktivt materialval för applikationer som omfattar motståndsvärmeelement i elektriska ugnar, stöd för wafertråg och paddlar för halvledarugnar, elektriska isoleringsegenskaper hos termistorer och varistorer, slipmedel samt motståndssvetsning av motståndssvetsfilament.

Hög densitet

Kiselkarbid har en extremt hög densitet på cirka 3,21 g/cm3 och dess täta kristallstruktur bildar täta molekylära bindningar mellan atomer som binder dem kovalent. Kiselkarbid är olöslig i vatten och alkohol, men står emot de flesta organiska syror och oorganiska salter, t.ex. fosfor-, salpetersyra, svavelsyra och saltsyra, samt värmechock och strålningsexponering.

Sintrad ren SiC har en extremt hög Young-modul på över 400 GPa och god dimensionsstabilitet vid sintring, liksom utmärkt värmeledningsförmåga, låga termiska expansionstal, korrosions-, nötnings- och slitstyrka samt motståndskraft mot temperaturer upp till 1600oC utan hållfasthetsförlust; dess kemiska renhet innebär att den tål de flesta syror och lutar (utom fluorvätesyra).

Kiselkarbidkeramer utmärker sig genom sin kemiska renhet, värmebeständighet, goda glidegenskaper och avsaknad av föroreningar vid korngränsen, vilket gör dem lämpliga för tillämpningar som 3D-printing, ballistik och papperstillverkning. De utmärkta glidegenskaperna och avsaknaden av föroreningar i korngränserna gör kiselkarbidkeramik särskilt lämplig för krävande tillämpningar som 3D-printing och ballistik samt som komponenter i kemiska anläggningar, energiteknik eller papperstillverkning. Kiselkarbidkeramer är ofta det material som används när komponenter måste prestera i mycket mekaniska och termiskt krävande miljöer, t.ex. slipmedel, slitplattor, lager, eldfasta material eller keramiska keramer - och det gör kiselkarbidkeramer till ett utmärkt materialval!

Tack vare sin överlägsna erosions- och nötningsbeständighet är material av hårdmetall ett idealiskt val för användning i skärande verktyg och för kundanpassade applikationer genom att kisel- eller kolinnehållet ändras för att uppfylla specifika applikationsbehov. Det finns en rad olika kvaliteter som kan uppfylla specifika applikationskrav genom att skräddarsy egenskaper som kiselhalt eller kolhalt i enlighet med detta.

Kiselkarbid används oftast som ett slipande material och producerar flingliknande enkristaller genom Lely-processen eller pulver på 3 till 10 mikron för användning i olika industriella applikationer som slipning, honing och sandblästring.