Siliziumkarbid-Keramik

Siliziumkarbid (SiC) ist eines der zähesten, leichtesten und stärksten keramischen Werkstoffe. Mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit, Erosions- und Abriebfestigkeit, niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, chemischer Korrosionsbeständigkeit und Temperaturtoleranz bietet SiC hervorragende Eigenschaften, die es zu einem der weltweit führenden keramischen Werkstoffe machen.

Schaum-SiC findet breite Anwendung in der Metallurgie, im Maschinenbau, in der Erdölraffination, in der chemischen Industrie, in der Luft- und Raumfahrt und in der nationalen Verteidigung. Schaum-SiC zeichnet sich durch eine offene dreidimensionale Netzwerkstruktur mit großer Porosität und geringer relativer Dichte aus, die eine einfache Verarbeitung und Herstellung ermöglicht.

Hochtemperaturfestigkeit

Siliziumkarbid zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur und eine hervorragende Korrosions- und Abriebfestigkeit aus, was es zu einem ausgezeichneten Werkstoff für feuerfeste Produkte wie Herdplatten, Rekuperatorrohre, Schubplatten und Träger sowie für leichte Ofenmöbel wie Brennringe, Pfosten und Deckplatten macht. Siliziumkarbid eignet sich auch hervorragend als Bestandteil von Brennkammerkomponenten wie Brennerdüsen und Flammrohren und kann sogar in industriellen Anwendungen wie Rauchgasentschwefelungsanlagen eingesetzt werden.

SiC-Keramik, die durch Heißpressen, druckloses Sintern und heißes isostatisches Pressen gesintert wird, kann seine Biegefestigkeit bis zu 1600 Grad Celsius beibehalten, ohne signifikante Festigkeitsverluste zu erleiden. Darüber hinaus verfügt SiC über hervorragende Luftbeständigkeitseigenschaften und bietet eine der höchsten Temperaturfestigkeiten unter den technischen Keramiken.

Chemische Reinheit und Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe bei hohen Temperaturen machen Silizium zu einem idealen Material für Wafer-Tray-Träger und Paddles in Halbleiteröfen, Widerstandsheizelemente, Thermoelement-Schutzrohre und Komponenten in Thermistoren und Varistoren.

Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen

Siliziumkarbidkeramik bietet eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und Biegefestigkeit bei hohen Temperaturen, im Gegensatz zu den meisten keramischen Werkstoffen, die bei Temperaturen zwischen 12001400 und 14000 Grad Celsius erheblich an Festigkeit einbüßen würden. Siliziumkarbid bleibt bei diesen Temperaturen mit minimalem Verlust an Festigkeit stabil.

Die Korrosion von SiC in komplexen Umgebungen wird durch die Oberflächenschicht des Materials erschwert, die sich chemisch von der keramischen Hauptkomponente unterscheiden kann. Diese Schicht kann entweder passiv oder aktiv sein und sich unterschiedlich auf das Korrosionsverhalten auswirken.

SiC-Keramik bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Biegefestigkeit, wodurch sie sich für eine Reihe anspruchsvoller Anwendungen eignet, von verschleißfesten Teilen und Werkzeugen in der Metallurgie über mechanische Dichtungen und feuerfeste Materialien für die chemische Industrie bis hin zu Düsenkomponenten für Gasturbinen in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich; SiC ist nach Diamant und kubischem Bornitrid eines der härtesten bekannten Materialien.

Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation

Siliciumcarbidkeramik zeichnet sich durch hervorragende Oxidationsbeständigkeit, chemische Korrosions- und Verschleißfestigkeit, hohe mechanische Festigkeit, geringe Dichte, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hervorragende Energieabsorptionskapazität und Druckbeständigkeit aus, so dass sie in vielen Industriezweigen wie der Metallurgie, der Chemie, dem Transportwesen, der Verteidigungselektronik, der Energiewirtschaft usw. eingesetzt wird. Geschäumte Siliziumkarbidkeramik bietet dreidimensionale Netzwerke mit gleichmäßigen Poren, was die Herstellung einfach macht und Vorteile wie selektive Permeationsfähigkeit für Energieabsorptionskapazität sowie erhöhte Wärmeübertragungsleistung bietet - was geschäumte Siliziumkarbidkeramik zu einer wirtschaftlichen Option macht! Geschäumte Siliziumkarbidkeramik bietet dreidimensionale Netzwerke mit gleichmäßiger Porenverteilung, die im Vergleich zu festen keramischen Gegenstücken wie Siliziumkarbiden die Vorteile einer hohen Porosität und selektiven Permeabilität für eine hohe Energieabsorptionskapazität sowie eine gute Wärmeübertragungsleistung bieten.

Die Oxidation von Siliciumcarbid ist ein komplizierter Prozess, der sowohl passive als auch aktive Formen der Oxidation umfasst und dessen Geschwindigkeit von Faktoren wie Temperatur und Gaszusammensetzung abhängt. Um genaue Vorhersagen treffen zu können, muss man genau wissen, wie der Prozess abläuft. Es wurden verschiedene Modelle entwickelt, die dieses Phänomen beschreiben - diese unterscheiden sich je nach Aktivierungsenergie, die an den Si-Stirnflächen berechnet wird.

Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen

Siliziumkarbid (SiC) ist ein außergewöhnliches technisches Keramikmaterial. Es ist in der Lage, seine Festigkeit, Härte und chemische Stabilität auch bei extrem hohen Temperaturen beizubehalten und ist gleichzeitig korrosionsbeständig gegenüber vielen Chemikalien und Säuren. SiC wird unter anderem in der Landesverteidigung, im Automobilbau, in der mechanischen Bearbeitung, im Umweltschutz, in der Raumfahrttechnik, in der Informationselektronik und im Energiesektor eingesetzt.

Siliziumkarbid verfügt über hervorragende tribologische Eigenschaften, wie seine beeindruckende Bruchzähigkeit (6,8 MPa m0,5) und Biegefestigkeit (490 MPa) belegen. Darüber hinaus weist es eine außergewöhnliche Härte von 32 GPa auf, womit es nach Diamant und kubischem Bornitrid die zweithöchste Härte aufweist.

Geschäumtes Siliciumcarbid bietet viele Vorteile gegenüber anderen Materialien für die Erwärmung korrosiver Flüssigkeiten wie Schwefelsäure und heiße Natriumhydroxidlösungen, unter anderem kann es elektrisch beheizt werden. Außerdem ist es eine wirksame Wahl für die Abscheidung giftiger Gase und die Kondensation korrosiver Dämpfe.

Temperaturwechselbeständigkeit bei hohen Temperaturen

Siliziumkarbid-Keramikgitter werden durch Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Siliziumatomen zu einer Gitterstruktur aufgebaut, die dem Material eine hohe mechanische Festigkeit, eine ausgezeichnete chemische Korrosionsbeständigkeit, eine geringe Dichte und eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit verleiht. Darüber hinaus hält es extrem hohen Temperaturen stand, ohne zu brechen oder zu splittern.

Vollständig dichtes Siliciumcarbid kann entweder in reaktionsgebundener oder in gesinterter Form hergestellt werden, wobei jeweils unterschiedliche Endmikrostrukturen entstehen. Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid wie das keramische Material Hexoloy von Saint-Gobain wird durch Infiltration von Presslingen aus gemischten SiC- und Kohlenstoffpartikeln mit flüssigem Silicium hergestellt; wenn dieses mit Kohlenstoff reagiert, bildet es weitere SiC-Partikel, die sich wiederum mit den vorhandenen Partikeln verbinden und dichte feste Massen bilden, die wieder zusammenkleben.

Quarzglas, Cordierit und Mullitkeramik bieten eine gute Temperaturwechselbeständigkeit. Um jedoch die beste Lösung für bestimmte Anwendungen zu finden, müssen alle beteiligten Faktoren berücksichtigt werden.

Elektrische Isolierung bei hohen Temperaturen

Siliziumkarbidkeramik bietet eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für den Einsatz in der chemischen, petrochemischen und mechanischen Industrie sowie für Teile macht, die eine thermische Isolierung erfordern, wie z. B. mechanische Dichtungen für Pumpen oder Autobremsen. Siliziumkarbidkeramik wird auch häufig als Werkstoff für die Herstellung dieser Teile oder Komponenten verwendet.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch isolierenden Sinterkörper, der im Wesentlichen aus polykristallinem, gesintertem Siliciumcarbid mit zumindest einigen ungebundenen Kohlenstoffbereichen besteht, die sowohl Bor als auch Stickstoff enthalten, sowie Bornitridausscheidungen zwischen zumindest einigen Siliciumcarbidkörnern, die ausreichende Mengen an Bor für die in-situ-Bildung einer Bornitridphase während des Sinterns bereitstellen - Mengen bis zu etwa 2,5 Gewichtsprozent werden wahrscheinlich keine zuverlässigen Werte des elektrischen Widerstands erzielen - während Elemente auch nicht zuverlässig zu den gewünschten Werten des elektrischen Widerstands führen.