Vorteile von Siliziumkarbid-Keramik

Siliziumkarbid ist eines der härtesten und fortschrittlichsten keramischen Materialien auf dem Markt. Es zeichnet sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Resistenz und geringe thermische Ausdehnung aus und findet breite Anwendung in Branchen wie chemische Verarbeitung, mechanische Konstruktion, Öl und Gas, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung.

Siliziumkarbid verfügt über eine hervorragende Kombination von Eigenschaften, die es zum bevorzugten Material für Knochenimplantate gemacht haben. Das keramische Material Hexoloy (r) ist biokompatibel, und In-vivo-Studien belegen eine signifikante Knochenbildung.

Härte

Siliziumkarbid (SiC) ist eine anorganische Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, die in der Natur nur in Spuren in Meteoriten als Mineral Moissanit vorkommt, während es seit 1893 synthetisch für die Verwendung als Schleifmittel hergestellt wird. Die keramischen Eigenschaften von Siliziumkarbid machen es sehr haltbar; es kann sehr hohen Temperaturen und Temperaturschocks problemlos standhalten und bietet eine hohe Oxidations- und Verschleißfestigkeit sowie einen außergewöhnlich hohen Elastizitätsmodul ohne Porositätsprobleme.

SiC ist eines der härtesten und stärksten feinkeramischen Materialien. Aufgrund seiner überlegenen Härte, Korrosionsbeständigkeit, chemischen Stabilität und elektrischen Halbleitung ist es ein ideales Material für zahlreiche Anwendungen. Darüber hinaus kann SiC aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hohen Temperaturen standhalten und ist dank seiner starken kovalenten Bindung resistent gegen thermische Ausdehnung oder Schrumpfung, wodurch es sich für elektronische Hochleistungsgeräte eignet.

Nach der Mohs'schen Härteskala gehört es zu den zehn härtesten Werkstoffen, gleich nach Diamant. Es bietet eine hervorragende Abriebfestigkeit für Anwendungen wie Strahlrohre und Zyklonkomponenten und eignet sich aufgrund seiner ausgezeichneten Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit für ballistische Panzerungen. Diese Eigenschaften ergeben sich aus seiner chemischen Inertheit in Verbindung mit seinen Härteeigenschaften und seiner Widerstandsfähigkeit gegen physikalischen Verschleiß bei hohen Temperaturen sowie gegen chemische Angriffe auf seine Oberfläche.

Korrosionsbeständigkeit

Siliziumkarbid besitzt eine hervorragende chemische Beständigkeit, die es resistent gegenüber Umgebungen macht, die bei weniger widerstandsfähigen Materialien zu Korrosion führen könnten. Daher eignet sich Siliziumkarbid hervorragend für Anwendungen wie die petrochemische Verarbeitung und die Herstellung von Halbleiterbauelementen, wo es rauen Bedingungen wie aggressiven Chemikalien, säurehaltigen Lösungsmitteln, hohen Temperaturen und extremen Bedingungen ausgesetzt sein kann.

Siliziumkarbidkeramik bietet im Vergleich zu anderen Industriekeramiken eine hervorragende chemische Korrosionsbeständigkeit, kombiniert mit einer ausgezeichneten Härte, Temperaturstabilität, einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer überragenden mechanischen Festigkeit - Eigenschaften, die es zum perfekten Werkstoff für zahlreiche Anwendungen machen.

Die zur Herstellung von Siliciumcarbid angewandten Formationsverfahren haben einen immensen Einfluss auf die Mikrostruktur und damit auf die Leistungsfähigkeit des Endprodukts. Reaktionsgebundenes Siliciumcarbid kann hergestellt werden, indem Presslinge aus SiC-Kohlenstoff-Gemischen mit flüssigem Silicium infiltriert werden, das mit den Ausgangspartikeln reagiert, um mehr SiC zu bilden und sie zu verbinden. Bei der Herstellung von gesintertem Siliciumcarbid wird reines SiC-Pulver mit herkömmlichen keramischen Formgebungsverfahren gesintert.

Dichte Siliziumkarbidteile mit einer Biegefestigkeit von mehr als 300 MPa und einer Bruchzähigkeit von mehr als 3,87 MPa m1/2 können erfolgreich durch Heißpressen oder druckloses Sintern hergestellt werden, wobei die Festigkeit bei hohen Temperaturen bis zu 1600 Grad Celsius erhalten bleibt und eine für Karbidkeramiken außergewöhnliche Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen geboten wird. Eine dünne Schicht aus Siliziumdioxid schützt diese dichten Komponenten vor weiterer Korrosionsbeständigkeit, Oxidationsmittelaktivität oder Verschleißfestigkeit.

Hohe Temperaturbeständigkeit

Siliziumkarbid ist einer der zähesten Werkstoffe, die für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet sind, und weist eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit auf. Darüber hinaus behält es seine mechanische Festigkeit unter Druck bei und weist nur eine minimale Kriechrate auf - ideal für tragende Anwendungen wie Lager, Dichtungsringe und Motorkomponenten. Darüber hinaus ist Siliziumkarbid auch in chemisch aggressiven Umgebungen beständig und widersteht Korrosion und Oxidation selbst bei hohen Temperaturen.

Aufgrund seiner Härte und Zähigkeit kann Siliziumkarbid mit engen Maßtoleranzen bearbeitet werden und bietet gleichzeitig eine hervorragende chemische Stabilität, einschließlich einer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber sauren Medien, sowie eine hohe Verschleiß- und Abriebfestigkeit - Eigenschaften, die es zu einem attraktiven Material für anspruchsvolle Anwendungen wie 3D-Druck, ballistischen Schutz und Öl-/Gas-/Petrochemieindustrie machen.

IPS Ceramics bietet alle wichtigen Arten von SiC an, ein extrem verschleißfestes und langlebiges Material für anspruchsvolle Umgebungen. SiC gibt es sowohl in Form von Moissanit als auch als gesintertes Pulver, das zu festen oder halbfertigen Produkten gesintert werden kann - letzteres ist als gesintertes Siliziumkarbid (SSiC) bekannt. Zu den bemerkenswerten Eigenschaften von SiC gehören seine außergewöhnliche Chemikalien- und Verschleißbeständigkeit sowie sein hoher Elastizitätsmodul und niedriger Ausdehnungskoeffizient, was es zum bevorzugten Material für Hochleistungsofenmöbel, kugelsichere Panzerungen und Halbleiterwafer-Vorrichtungen macht.

Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schocks

Siliziumkarbidkeramiken zeichnen sich durch eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit aus. Sie können Temperaturschwankungen von bis zu mehreren tausend Grad Celsius unbeschadet überstehen und behalten dabei ihre Härte. Diese Eigenschaft macht Siliziumkarbidkeramik besonders geeignet für Industrieumgebungen, in denen die Temperaturen oft stark schwanken. Darüber hinaus ist dieser Vorteil von Siliziumkarbid ideal für die Herstellung feuerfester Produkte wie Brennerdüsen, Rauchgasentschwefelungsdüsen und Dichtungen für Rohrsysteme.

Keramische Sandfilter aus SiC sind in der Öl- und Gasförderung aufgrund ihrer langen Lebensdauer, ihrer Beständigkeit gegen Korrosion, Säuren, hohe Temperaturen und verschiedene Bohrlochflüssigkeiten sowie ihrer Unempfindlichkeit gegen Abrieb und Stöße beliebt, so dass sie sich für Lager oder Gleitringdichtungen eignen.

Siliziumkarbidkeramik zeichnet sich durch einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hervorragende Kriechfestigkeit aus und eignet sich daher für anspruchsvolle Anwendungen wie 3D-Druck, Ballistik, chemische Produktion, Energietechnik und Papierherstellung.

Trotz dieser beeindruckenden Eigenschaften gibt es nach wie vor Bedenken hinsichtlich der Sicherheit der Verwendung von Siliziumkarbidkeramik beim Menschen. Die glasartige Form, die aus glasartigen Schleifpartikeln besteht, kann für den Menschen giftig sein. Die durchgeführten Humanstudien können auch durch die gleichzeitige Exposition gegenüber Tabakrauch, adsorbierten Kohlenwasserstoffen oder kristallinem Siliziumdioxid verfälscht werden; nichtsdestotrotz erfordert das Risiko einer fibrotischen Lungenerkrankung im Zusammenhang mit Siliziumkarbid-Schleifmitteln in der Industrie weitere Untersuchungen und muss weiter bewertet werden.