Siliziumkarbid-Keramik

Siliziumkarbid (SiC) ist einer der härtesten Werkstoffe mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig zur Herstellung von mechanischen Dichtungen und Pumpenteilen verwendet.

SiC-Keramiken weisen beeindruckende Eigenschaften auf, sind jedoch aufgrund ihrer Härte und Sprödigkeit bekanntermaßen schwierig zu bearbeiten, was herkömmliche Bearbeitungsprozesse behindert. In dieser Studie wurde ein theoretisches Modell für das longitudinale Torsions-Ultraschall-Schwingungsschleifen von SiC-Keramiken erstellt.

Härte

Siliziumkarbid-Keramik ist eines der härtesten und stärksten keramischen Hochleistungsmaterialien, das dem Druck verschiedener industrieller Anwendungen standhält und gleichzeitig unempfindlich gegenüber Säuren, Korrosion oder hohen Temperaturen ist. Darüber hinaus verfügt dieses Material über eine hervorragende Abriebfestigkeit und ist unempfindlich gegenüber Säuren und Korrosion.

Siliziumkarbidkeramik steht in Bezug auf die Härte an dritter Stelle unter den Nichtoxidkeramiken (Mohs-Härte bis 9,5), nach Diamant und kubischem Bornitrid. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Verschleißfestigkeit und chemischen Beständigkeit ist Siliziumkarbidkeramik eine ausgezeichnete Wahl für Anwendungen, die eine außergewöhnliche Festigkeit und Haltbarkeit erfordern.

Gesintertes Siliciumcarbid gehört zu den hitzebeständigen Feinkeramiken und behält seine Festigkeit bis zu einer Temperatur von 1400 Grad Celsius bei. Damit eignet es sich für Anwendungen wie Gleitringdichtungen, Pumpenteile, Halbleiterverarbeitungsanlagen und allgemeine industrielle Maschinenteile.

Bei der Auswahl von Siliziumkarbidprodukten für Ihre spezielle Anwendung ist es entscheidend, das Formgebungsverfahren zu berücksichtigen. Das Formgebungsverfahren wirkt sich auf die Mikrostruktur des keramischen Endprodukts aus. Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid, das durch Infiltration von Presskörpern mit Silicium-Kohlenstoff-Gemischen hergestellt wird, kann eine geringere Dichte und Biegefestigkeit aufweisen als gesinterte Festphasenprodukte sowie eine schlechtere chemische Beständigkeit im Vergleich zu ihren festen Gegenstücken; außerdem hängen seine Abrasivität und Zähigkeit von Faktoren wie der kristallinen Struktur, der Partikelgrößenverteilung, der Porosität, der Oberflächenrauheit und den Oberflächenverunreinigungen ab.

Korrosionsbeständigkeit

Sic-Keramik ist ein ideales Material für den Einsatz in Umgebungen, die eine Beständigkeit gegen Chemikalien und hohe Temperaturen erfordern, einschließlich Umgebungen mit säurehaltigen Medien wie z. B. Krankenhäuser. Es verfügt nicht nur über eine hervorragende Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit, sondern auch über eine ausgezeichnete Verschleiß-, Schlag-, Oxidations- und Abnutzungsbeständigkeit sowie gute elektrische Eigenschaften, die es besonders für Umgebungen mit säurehaltigen Medien geeignet machen - Eigenschaften, die Sic-Keramik zu einem anpassungsfähigen Material machen, das in vielen Anwendungen eingesetzt werden kann.

Siliziumkarbid ist eine technische Keramik, die aufgrund ihrer Härte, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit häufig verwendet wird. Außerdem ist es hoch feuerfest und erosionsbeständig - Eigenschaften, die es perfekt für mechanische Dichtungen, Lager und Pumpenkomponenten machen, die auch bei höheren Temperaturen stabil bleiben müssen.

Die Korrosionsbeständigkeit ist eine komplizierte Eigenschaft, die von mehreren Variablen wie Strahlung und Spannung abhängt. Es ist zwar bekannt, dass Metalle eine parabolische Korrosionskinetik aufweisen, aber zu den grundlegenderen Erklärungen gehören strahleninduzierte lokale chemische Veränderungen an Grenzflächen - ein Effekt, der erst kürzlich bei Keramik festgestellt wurde19

Sinterkeramik wie reaktionsgebundenes Siliciumcarbid (RSiC) hat die höchste Korrosionsbeständigkeit aller technischen Feinkeramiken. Darüber hinaus bleibt ihre Festigkeit selbst bei Temperaturen von bis zu 1400 Grad Celsius unbeeinflusst - damit gehört RSiC zu den Spitzenreitern unter den Sinterwerkstoffen! Darüber hinaus lagern sich Verunreinigungen, die durch den Kontakt mit geschmolzenem Chlorsalz entstehen, nur an der Oberfläche ab, wie REM-Aufnahmen einer rSiC-Probe zeigen, die solchen Bedingungen ausgesetzt war.

Wärmeleitfähigkeit

Siliciumcarbidkeramik (SiC) zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus und eignet sich daher für Anwendungen wie Wärmemanagement, Laserbearbeitung und Gitterroste. Die Leitfähigkeit von SiC hängt von den vorhandenen Verunreinigungen ab. Am häufigsten sind Stickstoff- und Sauerstoffverunreinigungen zu finden, wobei Stickstoff eine geringere und Sauerstoff eine höhere Leitfähigkeit aufweist. Die leitfähigen Eigenschaften von SiC variieren auch bei Temperaturänderungen.

SiC ist ein extrem hartes, mechanisch widerstandsfähiges Material, das aus Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Siliziumatomen besteht, was zu einer Kristallstruktur führt, die aus Bindungen zwischen vier Tetraeder-Kohlenstoffatomen besteht. Dies führt zu überragender Härte, mechanischer Festigkeit, geringer Dichte, hohem Elastizitätsmodul, Inertheit (unzureichender Elastizitätsmodul), Temperaturwechselbeständigkeit und chemischer Korrosionsbeständigkeit - Eigenschaften, die SiC zu einem attraktiven Konstruktionsmaterial machen, das in Chemieanlagen, Mühlen und Expandern eingesetzt wird.

Um die Leistung großer Gitter zu verbessern, die für CPA-Lasersysteme mit hoher mittlerer Leistung und hoher Intensität verwendet werden, ist es entscheidend, ihre thermischen Transporteigenschaften zu verstehen. Daher hat das Forschungsteam ein Simulationsmodell in LASCAD erstellt, das die Degradation des SiC-Substrats bei längerem Betrieb mit hohen optischen Lasten simuliert.

Die Modelle wurden auf der Grundlage der in Referenz [8] veröffentlichten experimentellen Daten erstellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die aktive Kühlung des SiC-Substrats die thermischen Gradienten auf der Spiegeloberfläche unterdrückt, was zu einer größeren Oberflächengenauigkeit führt. Abbildung 4 zeigt die Temperaturverteilung für synthetische Quarzglas- und SiC-Substrate, die auf einem Aluminiumblock platziert wurden, sowie deren relative thermische Degradation; SiC weist trotz höherer Heizleistung eine geringere Degradation auf als synthetische Quarzglas-Spiegel.

Leichtgewicht

Siliziumkarbid ist bekannt für seine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation, Korrosion und Verschleiß - was es zu einem ausgezeichneten Werkstoff für Anwendungen wie Ballistik, keramische Sandfilter und Energietechnik macht. Darüber hinaus sind Siliziumkarbid-Komponenten, die in Hochleistungs-Düsentriebwerken als Teil von Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen verwendet werden, um zwei Drittel leichter und können bei höheren Temperaturen eingesetzt werden als ihre Gegenstücke aus Metall.

Siliziumkarbidwerkstoffe ermöglichen es den Herstellern, strenge Umweltauflagen zu erfüllen, indem sie leistungsfähiger und gleichzeitig leichter sind. Dies ist den beeindruckenden mechanischen Eigenschaften bei normalen Temperaturen zu verdanken, zu denen eine hohe Biege- und Druckfestigkeit, ein niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, Härte und Verschleißfestigkeit gehören.

Die Dimensionsstabilität von Siliziumkarbid ist außergewöhnlich. Im Gegensatz zu reaktivem Siliziumdioxid kann SSiC durch verschiedene Verdichtungstechniken hergestellt werden, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen.

Die Fähigkeit von SSiC, hohen Temperaturen standzuhalten, macht es zu einem idealen Material für den Einsatz in Schmelztiegeln, bei der Metallschmelze und der Glasherstellung. So schützen feuerfeste Materialien aus diesem Material diese Prozesse vor Hitzeabbau oder Schäden und senken gleichzeitig die Produktionskosten. Darüber hinaus ermöglicht seine Wärmeleitfähigkeit eine gleichmäßigere Erwärmung, die sowohl Zeit als auch Energie spart. Dies ist besonders wichtig bei komplexen Produktionsprozessen, die mehrere Erwärmungsstufen umfassen, um die Produktionseffizienz zu verbessern und gleichzeitig kritische Anlagen zu schützen und einen vorzeitigen Ausfall zu vermeiden.