Gesintertes Siliziumkarbid für moderne Fertigungsanwendungen

Siliciumcarbid ist ein extrem hartes und dichtes Material mit hoher Festigkeit, das durch fortschrittliche Produktionstechniken wie das Sintern in verschiedene Formen gebracht werden kann. Die mit diesem Verfahren hergestellten Sinterprodukte sind im Wesentlichen porenfrei und für technische Anwendungen sehr nützlich.

Beim Reaktionssintern werden Kohlenstoff und Siliziumreste, die im Pulver enthalten sind, zur Herstellung von kubisch-flächenzentrierten Siliziumkarbidkeramiken mit kompakten Strukturen und hoher Biegefestigkeit verwendet, während die chemische Gasphasenabscheidung hochreines Siliziumkarbid mit einer enormen spezifischen Oberfläche liefert.

Hohe Festigkeit

Die Härte und Festigkeit von gesintertem Siliziumkarbid kann mit der von Diamant mithalten und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen es auf Langlebigkeit und Effizienz ankommt, wie z. B. bei Werkzeugen und Präzisionsgeräten, die eine lange Lebensdauer haben müssen, bei Schleifscheiben und Komponenten für die Luft- und Raumfahrt/Verteidigung wie Ventile/Pumpen sowie bei kugelsicheren Westen. Seine Anwendung erstreckt sich auch auf Bereiche wie Komponenten für Luft- und Raumfahrt/Verteidigung (Düsen/Ventile/Pumpen), die sonst bei Aufprallenergie zerbrechen könnten. Mit einem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, das mit dem von Diamant vergleichbar ist, kann gesintertes Siliciumcarbid Beanspruchungen standhalten, die die meisten anderen Materialien zerspringen lassen würden, was gesintertes Siliciumcarbid zum bevorzugten Material für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt/Verteidigung (Düsen/Ventile/Pumpen/Bomben/Vaxel/Pumpen) sowie für kugelsichere Westen/Baxel macht.

Direkt gesintertes Siliciumcarbid unterscheidet sich von reaktionsgebundenem Siliciumcarbid dadurch, dass für die Herstellung hochreines Rohpulver in Nanoqualität verwendet wird. Das Sintern ermöglicht eine Verdichtung bei Temperaturen zwischen 2100 und 2200 °C, um eine stärkere Bindung zwischen den Materialkörnern zu erreichen, was zu einer besseren Beständigkeit gegen Oxidation, chemische Korrosion und Abrieb führt.

Hohe Temperaturbeständigkeit

Siliziumkarbid kann sehr hohen Temperaturen standhalten und eignet sich daher für industrielle Anwendungen, die eine hohe Hitze-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit erfordern. Zu den üblichen Anwendungen gehören Anwendungen in der Automobilindustrie für Düsen und Ventile sowie ballistische Schutzausrüstungen, die dem Aufprall von Hochgeschwindigkeitsprojektilen standhalten.

Siliziumkarbid kann je nach Anwendung entweder in grüner Form, in Form von Keksen oder in vollständig dichtem Zustand (gesintert) erworben werden. Bei Sinterprozessen kommt es häufig zu einer Schrumpfung von bis zu 20%, was die Einhaltung enger Toleranzen bei der Bearbeitung vor dem Sintern erschwert; Grün- und Biskuitformen lassen sich leichter mit Diamantwerkzeugen bearbeiten und bieten maximale Genauigkeit.

Hohe Temperaturstabilität

Siliziumkarbid ist ein extrem widerstandsfähiges Material, das sich aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegen Stöße, Oxidation und extreme Temperaturen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und in der Halbleiterfertigung eignet. Als solches ist es die ideale Materialwahl für die Herstellung kritischer Produkte unter extremen Bedingungen.

Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (RB SiC) verfügt über eine keramische Matrix, die den Partikeln hilft, sicher zu haften und die Festigkeit bei höheren Temperaturen zu erhalten. Dieses Material kann in chemischen Labors für Reaktionen, Kalzinierungen und Hochtemperatursyntheseanwendungen eingesetzt werden.

Das Sintern ist ein Hochtemperaturverfahren, mit dem aus pulverförmigen Werkstoffen starre Strukturen erzeugt werden können, ohne sie zu schmelzen. Diese Technologie eignet sich daher für die Herstellung komplex geformter Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen.

Hohe Abriebfestigkeit

Gesintertes Siliciumcarbid ist unter den Hochleistungskeramiken eines der leichtesten, härtesten und stärksten Materialien, die heute erhältlich sind, und zeichnet sich im Vergleich zu seinen leichteren Alternativen durch eine unglaubliche Festigkeit und Haltbarkeit aus. Es zeichnet sich durch hohe Beständigkeit gegen chemische Korrosion, Abrieb, Temperaturschock und Erosion aus.

Aufgrund seiner inhärenten Zähigkeit und Langlebigkeit eignet sich SSiC ideal für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, bei denen erhebliche Aufprallkräfte auftreten; außerdem trägt seine leichte Zusammensetzung dazu bei, das Gewicht von Flugzeugen zu reduzieren und so die Leistung und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

Beim Reaktionssintern entstehen dichte Materialien, die auch bei hohen Temperaturen ihre Form behalten und einen hohen Bruchmodul aufweisen - das heißt, sie können eine beträchtliche Menge an Spannung aufnehmen, bevor sie brechen. Diese Eigenschaft macht sie perfekt für kugelsichere Westen, die schnell fliegenden Geschossen standhalten müssen, ohne unter ihrem Gewicht zu brechen.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Siliziumkarbid verfügt über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen außergewöhnlichen Bruchmodul, der es ermöglicht, Stößen zu widerstehen, bei denen andere Materialien brechen würden.

Durch Sintern entsteht ein dichtes Material mit ausgezeichneter Festigkeit und Bruchzähigkeit, das sich für die Herstellung von Werkzeugen oder Präzisionsgeräten eignet. Aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, Ermüdung und chemische Angriffe eignet es sich auch hervorragend für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich, z. B. für Ventile, Gleitringdichtungen und Pumpen.

Gesintertes SiC wird in großem Umfang für ballistische Panzerplatten verwendet, die den nationalen militärischen Spezifikationen für den Schutz vor Hochgeschwindigkeitsgeschossen entsprechen, sowie für Fahrzeug- und Personenschutzsysteme.

Hohe Präzision

Gesintertes Siliziumkarbid weist einen hohen Bruchmodul auf und bietet eine größere Stoßdämpfung und Belastbarkeit als viele andere Materialien. Außerdem kann es aufgrund seiner Haltbarkeit höhere Geschwindigkeiten und Vibrationen verkraften.

Härte und Festigkeit machen triboelektrische Werkstoffe zum perfekten Material für verschleißfeste Dichtungen, triboelektrische Werkstoffe, thermische Isolationsanwendungen und Automobilkomponenten wie Thermoelementschutzrohre.

Siliciumcarbid lässt sich im grünen und im Biscuit-Zustand leicht bearbeiten, bei Teilen mit engen Toleranzen kann jedoch eine Sinterung erforderlich sein, um es vollständig zu verdichten. CVD-SiC weist eine kubisch-flächenzentrierte polykristalline Struktur auf. Jedes Herstellungsverfahren hat großen Einfluss auf die endgültige Mikrostruktur. So wird reaktionsgebundenes Siliciumcarbid hergestellt, indem Siliciumcarbid-Presslinge mit kohlenstoffhaltigen Zusätzen infiltriert werden, bevor sie bei hohen Temperaturen reagieren und zusätzliche Siliciumcarbidteilchen bilden.