Gesintertes Siliziumkarbid

Beim Sintern werden die Materialpartikel erhitzt und unter Druck gesetzt, bis sie sich zu einer organisierten Masse verbinden - ähnlich wie beim Zusammendrücken von Schnee zu einem kompakten Schneeball.

Reaktionsgebundene und drucklos gesinterte Flüssigphasenteile bieten eine hervorragende Formbarkeit bei niedrigeren Verarbeitungstemperaturen für komplexe Formen. Leider nimmt ihre Biegefestigkeit schnell ab, sobald die Temperatur 1400°C überschreitet.

Härte

Gesintertes Siliziumkarbid (SSIC) ist eine nichtoxidische Keramik mit hervorragender Härte, Dichte, Wärmeleitfähigkeit und Verschleißfestigkeit, die sich gut für Fahrzeugpanzerplatten zum Schutz von Militärpersonal vor Hochgeschwindigkeitsprojektilen eignet. Unser Team kann diese Platten herstellen, um Ihre Militärfahrzeuge und persönliche Schutzausrüstung mit maximaler Sicherheit gegen potenziell tödliche Geschosse auszustatten und Kollateralschäden in feindlichen Umgebungen zu minimieren.

Das drucklose Flüssigphasensintern ist ein alternatives Verdichtungsverfahren, bei dem flüssiges Silizium und eine Siliziumlegierung in die Grünkörper von a-SiC-Teilchen mit flüssigem Silizium infiltriert werden, um b-SiC zu bilden, das dann mit dem vorhandenen a-SiC reagiert, um es zu verdichten und Produkte mit präzisen Abmessungen und hohem Reinheitsgrad zu schaffen, die jedoch aufgrund des Vorhandenseins von b-SiC, das die Festigkeit, die Säurekorrosionsbeständigkeit, die Biegefestigkeit usw. beeinträchtigt, eine schlechte Hochtemperaturleistung aufweisen. Mit diesem Verfahren können Produkte mit präzisen Abmessungen und hohem Reinheitsgrad hergestellt werden, doch kann die Biegefestigkeit und die Säurekorrosionsbeständigkeit beeinträchtigt werden.

Um die Hochtemperaturleistung des Reaktionssinterns zu verbessern, ist es notwendig, die Restgröße und -verteilung des Si im Körper zu kontrollieren. Dies kann durch die Zugabe von Sinterhilfsmitteln in den Prozess und die Änderung ihrer Zusammensetzung erreicht werden. Dadurch entstehen a-SiC-Partikel mit enger Verteilung und geringer Porosität, die eine hohe Biegefestigkeit im Biegetest ermöglichen - bis zu dreimal höher als kommerzielles RS-SiC!

Korrosionsbeständigkeit

Die Korrosion von gesinterter SiC-Keramik führt zu Oberflächenfehlern, die die Festigkeit bei erhöhten Temperaturen verringern, insbesondere bei Sprödbruch unter mechanischer oder thermischer Belastung. Korrosion verkürzt die Lebensdauer des Materials und verringert die Festigkeit oberhalb von 1400 °C erheblich. Dieses Phänomen führt zu einem raschen Abfall der Festigkeit herkömmlicher reaktions- und drucklos gesinterter SiC-Keramiken (Tabelle 16).

Die vorliegende Erfindung stellt einen Sinterkörper aus Siliciumcarbid bereit, der Siliciumcarbid vom Typ a als Hauptbestandteil enthält. Zur Herstellung dieses Materials werden a-SiC-Pulver und Graphit mit Stahlknüppel gemischt, um ein poröses Produkt zu bilden, das dann einer Dampfphasen-Si-Infiltration unterzogen wird, um seine Poren zu versiegeln und es zu sintern, wodurch ein Endprodukt entsteht, das hauptsächlich Siliciumcarbid der a-Form enthält, das eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, wenn es einer Salpetersäurewäsche unterzogen wird.

Ein Fortschritt dieser Technologie liegt in der Fähigkeit, im festen Zustand gesinterte Werkstoffe mit hoher Dichte und einer Biegefestigkeit bei Raumtemperatur von mehr als 580 MPa herzustellen - fast das Doppelte dessen, was normalerweise durch reaktionsgesintertes SiC erzeugt wird. Um die Leistung dieses Materials zu verbessern, wurden beim ursprünglichen Reaktionssintern nur grobe zusammenhängende Körner gesintert und die feinen SiC-Partikel auf ein Minimum reduziert, während die Korrosionsbeständigkeit durch einen verbesserten Zusatzstoff (Y2O3) während der Produktion verbessert wurde.

Abnutzungswiderstand

Siliziumkarbid ist einer der härtesten keramischen Werkstoffe, der seine Härte und Festigkeit auch bei hohen Temperaturen beibehält und eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit aufweist. Darüber hinaus unterstützt seine hervorragende Wärmeleitfähigkeit die Korrosionsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Temperaturschocks. Außerdem wiegt dieses leichte Material nur halb so viel wie Stahl und hat eine extrem niedrige Wärmeausdehnungsrate, was es für den Einsatz in rauen Anwendungen und Umgebungen geeignet macht.

Morgans hochwertige Sintersic-Sorten wie Hexoloy SP und Purebide erfüllen die strengen Anforderungen an Gleitringdichtungsflächen, die Härte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit und eine verbesserte Schmierung zwischen den zusammenpassenden Oberflächen erfordern - und übertreffen damit herkömmliche reaktionsgebundene und gesinterte Sic-Produkte in Leistung und Langlebigkeit. Sie verfügen über kugelförmige Poren, die als Flüssigkeitsspeicher dienen, um die Schmierung zwischen den Dichtungsoberflächen weiter zu verbessern und herkömmliche reaktionsgebundene gesinterte Sic-Produkte in Bezug auf Gesamtleistung und Langlebigkeit zu übertreffen.

Durch seine Langlebigkeit eignet sich dieses Material ideal für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, wie z. B. Kraftstoff- und Ölsysteme, und seine chemische Beständigkeit schützt es vor gängigen Säuren, Salzen und Laugen. Darüber hinaus spart seine geringe Dichte Gewicht und trägt zu einer verbesserten Treibstoffeffizienz und Leistung von Flugzeugen bei. Weitere industrielle Anwendungen für dieses Material sind Teile von Halbleiterproduktionsanlagen, Laser und Strukturanwendungen für Fusionsreaktoren.

Stärke

Gesintertes Siliziumkarbid ist ein haltbares keramisches Material, das für seine Härte und Dichte bekannt ist und sich daher für ballistische Panzerplatten in Fahrzeugen oder persönlichen Schutzsystemen eignet, die Schutz vor Hochgeschwindigkeitsprojektilen bieten und gleichzeitig die Mobilität erhalten, ohne den Schutz zu beeinträchtigen. Die hohe Dichte dieser Platten kann sogar dazu beitragen, das Gewicht gering zu halten und so die Mobilität zu erhöhen, ohne dass das Schutzniveau beeinträchtigt wird.

Die Festigkeit von gesintertem Sic wird sowohl durch den Sinterprozess und die Partikelgrößenverteilung als auch durch eventuelle Siliziumdioxidreste während des Sinterns bestimmt, die die Härte und Verschleißfestigkeit beeinträchtigen könnten. Um dies zu verhindern, muss das Sintern unter einer inerten Atmosphäre stattfinden, wobei Gase wie Argon oder Kohlenmonoxid (CO) als Sinterhilfsmittel und/oder Borkarbid oder Kohlenstoff (B4C) als Inertisierungsmittel verwendet werden.

Drucklos gesintertes SiC, durch heißisostatisches Pressen gesintertes und reaktionsgebundenes SiC können sich in Bezug auf Dichte und Biegefestigkeit erheblich unterscheiden. Drucklos gesintertes SiC ist im Allgemeinen fester als reaktionsgebundenes SiC, da es besser gegen Hitze und chemische Angriffe beständig ist; reaktionsgebundenes SiC kann jedoch für Anwendungen, die weniger hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit stellen, kostengünstiger sein. Es wurde festgestellt, dass Sinteradditive, die Re2O3 (Re = Sc, Lu, Yb und Er) in einem Molverhältnis von 2:3 enthalten, die Hochtemperaturfestigkeit von flüssigphasengesinterten und später geglühten SiC-Keramiken erheblich verbessern, indem sie die Bildung von IGP unterdrücken, was wahrscheinlich auf sauberere SiC-SiC- und SiC-Grenzflächen zurückzuführen ist.