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Siliziumkarbid und gesintertes SiC

Siliziumkarbid (SiC) ist bekannt für seine außergewöhnlichen Eigenschaften, wie hohe Härte, gute Verschleißfestigkeit, geringe Wärmeausdehnung und Korrosionsbeständigkeit in rauen Umgebungen. SiC gibt es sowohl in reaktionsgebundener als auch in gesinterter Form.

Beim Sintern wird Si aus der Dampfphase in einen porösen Stahlblock auf Graphitbasis eingebracht und infiltriert, um einen reaktionsgesinterten Körper mit voller Dichte zu erzeugen, der von der Temperatur, der Zieltemperatur-Haltezeit und der bei der Herstellung verwendeten Einrichtung abhängt. Der elektrische Widerstand dieses Produkts variiert mit diesen Variablen.

Härte

Siliziumkarbid (SiC) ist eines der härtesten Materialien der Erde, das extremen Temperaturen, Druck und Korrosion standhält, ohne seine Festigkeit zu verlieren. Außerdem zeichnet sich dieser Halbleiter durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Aufgrund seiner Härte und Festigkeit ist SiC ein hervorragendes Material für Gleitringdichtungen.

Durch ihre Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit eignen sich diese Dichtungen besonders für den Einsatz in rauen Umgebungen oder bei hohen Belastungen, wie z. B. in Öl- und Gasförderanlagen, Halbleiterproduktionsanlagen oder allgemeinen Industriemaschinen.

Gesinterte SiC-Keramik hat die höchste Festigkeit unter den Keramiken und ist für ihre außergewöhnliche Wärmebeständigkeit bekannt. Selbst bei Temperaturen von bis zu 1400 Grad Celsius bleibt ihre Leistung erhalten, so dass sie sich für Panzerplatten, Schneidwerkzeuge und ballistische Schutzschilde eignet.

Mascera stellt SiC in zwei Formen her: direkt gesintertes und reaktionsgebundenes SiC. Bei direkt gesintertem Material wird ein a-SiC-Pulver verwendet, das während des Sinterns bei hohen Temperaturen erhitzt wird, um dichte Grünkörper mit starken Verbindungsstellen zu bilden, die sich ideal für Hochtemperaturarbeiten oder als Alternative zu reaktionsgebundenen Materialien eignen. Reaktionsgebundene Werkstoffe bieten mehr Möglichkeiten und werden daher eher für Hochtemperaturarbeiten und als Ersatz für großvolumige Anwendungen verwendet.

Reaktionsgebundenes SiC wird aus einem porösen Stahlknüppel hergestellt, der mit Silizium aus der Gasphase infiltriert wird, um reaktive b-SiC-Partikel zu bilden, die sich mit vorhandenen a-SiC-Körnern zu dichten SiC-Körpern mit niedrigeren Sintertemperaturen und besserer Bruchzähigkeit als direkt gesinterte Versionen dieses Materials verbinden.

Wärmeleitfähigkeit

Siliziumkarbid zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus und ist daher für Hochtemperaturanwendungen geeignet. Darüber hinaus wird dieses Material aufgrund seiner Langlebigkeit und Verschleißfestigkeit häufig für Gleitringdichtungen verwendet; bei Temperaturen von bis zu 1400 Grad Celsius wird seine Festigkeit nicht beeinträchtigt.

Die Wärmeleitfähigkeit von gesintertem Siliciumcarbid hängt sowohl von seinem Herstellungsverfahren als auch von den Zusatzstoffen ab, einschließlich der Sinterbedingungen und der Art der Zusatzstoffe. Die Sinterbedingungen beeinflussen die Struktur des hergestellten keramischen Materials, und verschiedene Verfahren führen zu unterschiedlichen Mikrostrukturen. Reaktionsgebundene und direkt gesinterte Formen von Siliciumcarbid weisen andere Biegefestigkeiten, Wärmeausdehnungskoeffizienten und chemische Beständigkeiten auf als ihre direkt gesinterten Gegenstücke.

Die Sinterqualität kann auch durch die Sintertemperatur und die Hilfsmittel bestimmt werden, da Dichte und Biegefestigkeit von SiC von der Art des verwendeten Hilfsmittels abhängen; reaktionsgebundenes SiC bietet eine gute Säure- und Alkalibeständigkeit, verliert aber nach Erreichen von 1000 Grad Celsius an Biegefestigkeit.

Direkt gesintertes Siliciumcarbid zeichnet sich durch hervorragende Biegefestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten aus. Es wird aus hochreinem a-SiC und Additivpulver hergestellt, das in einem Vakuumofen gesintert wird. Seine starken Bindungen erzeugen eine stärkere Haftung als reaktionsgebundene Versionen und gelten als hochwertiges Material.

Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion

Siliziumkarbid ist einer der härtesten keramischen Werkstoffe, der seine Härte auch bei hohen Temperaturen beibehält, wodurch er sich ideal für Hochleistungspumpenteile wie Dichtungen eignet. Darüber hinaus bietet dieses Material eine sehr hohe Verschleißfestigkeit und einen guten Korrosionsschutz; außerdem wiegt es nur halb so viel wie Stahl, was es zu einem leichten und starken Werkstoff macht.

Gesintertes SiC ist praktisch korrosionsbeständig und weist eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Säuren (Salz-, Schwefel- und Salpetersäure), Basen, Lösungsmitteln und allen Formen von oxidierenden Medien - wie Luft - auf. Die hohe mechanische Festigkeit dieses Werkstoffs macht ihn außerdem äußerst widerstandsfähig gegen mechanische Angriffe durch Partikel oder Schlacken.

Die Biegefestigkeit von Polycarbonat ist extrem hoch, und es kann Temperaturen von mehreren Tausend Grad standhalten, ohne zu brechen oder zu zersplittern. Darüber hinaus eignet sich Polycarbonat durch seine große Vielfalt an Formen und Größen für viele verschiedene Anwendungen.

Reaktionsgebundenes und direkt gesintertes Siliciumcarbid sind zwei Hauptformen von gesintertem Siliciumcarbid. Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid ist aufgrund seiner grobkörnigen Struktur kostengünstiger; seine Härte bleibt jedoch auch bei höheren Temperaturen erhalten und bietet eine hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Direkt gesintertes SiC ist teurer, hat aber viel feinere Körner und eine extrem dichte Struktur, die sowohl hohen Temperaturen als auch mechanischen Angriffen standhält.

Die Korrosion von SiC ist komplex und je nach Umgebung sehr unterschiedlich. Studien in Industrieöfen dienen als Probelauf, während weitere Forschungen durchgeführt werden müssen, um langfristige Korrosionstrends zu ermitteln und zu verstehen, wie Verunreinigungen, Sinterhilfsmittel und Korngrenzenphasen das Materialverhalten beeinflussen.

Stärke

Siliziumkarbidkeramik gehört zu den härtesten und chemisch beständigsten Feinkeramiken und besitzt eine außergewöhnliche Hitzebeständigkeit bis zu 1400 Grad Celsius, ohne an Festigkeit zu verlieren oder Anzeichen von Festigkeitsverlusten zu zeigen. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Siliziumkarbid in industriellen Anwendungen eingesetzt, die einen Gleitkontakt erfordern, wie z. B. Gleitringdichtungen und Pumpenteile, sowie in Halbleiterverarbeitungsanlagen und allgemeinen industriellen Maschinenteilen, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Halbleitfähigkeit aufweist.

Die Festigkeit von gesintertem Siliciumcarbid ist je nach Herstellungsverfahren sehr unterschiedlich. Drucklos und durch heißisostatisches Pressen gesinterte Keramiken haben eine höhere Festigkeit als reaktionsgebundenes Siliciumcarbid; letztere weisen erhebliche Mengen an freiem Siliciumdioxid oder anderen Verunreinigungen auf, was zu einer geringeren Biegefestigkeit führt; sie bieten jedoch immer noch eine gute Beständigkeit gegen Säuren und Laugen, vertragen aber möglicherweise keine extremen Temperaturen.

Das Sintern von Keramikpulver mit Borkarbid oder Kohlenstoff erhöht seine Festigkeit. Dieser Prozess findet unter einer Inertgasatmosphäre statt, um Oxidation zu verhindern und die Partikeldiffusion zu fördern, was zu einer höheren Dichte und gleichmäßigeren Festigkeitswerten führt. Die Biegefestigkeit von Hexoloy SP SiC übertrifft die von reaktionsgebundenem oder gesintertem Alpha Sic, und seine kugelförmigen Poren tragen dazu bei, das Flüssigkeits- oder Schmiermittelreservoir zwischen den gleitenden Komponenten zu vergrößern, um die Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verbessern.

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