Vorteile von Siliziumkarbidplatten

Siliziumkarbid (SiC) ist ein beeindruckender Keramikwerkstoff mit herausragenden physikalischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften, der aufgrund seiner Fähigkeit, die Energie von Hochgeschwindigkeitsprojektilen zu absorbieren, ohne sich dabei zu verformen, seit langem als Material für ballistischen Schutz im militärischen und zivilen Bereich eingesetzt wird. Es kann Aufprallenergie absorbieren und ableiten.

Bei den CA-Tests hielten alle drei laminierten SiC-Keramiken den Geschossaufprallen erfolgreich stand und wurden trotz mehrfacher Treffer durch ein 8-mm-Geschoss nicht vollständig durchschlagen. Allerdings war die BFS-Tiefe bei den Proben mit stufenweiser Schichtung geringer als bei denen mit reiner Matrix.

Hohe Härte

Siliziumkarbidplatten sind harte, feste und verschleißfeste Werkstoffe, die sich ideal für zahlreiche Anwendungen eignen, bei denen hohe Temperaturen oder korrosionsverursachende Substanzen wie Säuren eine Rolle spielen. Dank ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die Schlagfestigkeit und Schwingungsdämpfung gewährleisten, sind Siliziumkarbidplatten eine ausgezeichnete Materialwahl für Trennscheiben, Schleifscheiben, feuerfeste Werkstoffe, Lagerteile in Automobilkomponenten oder Wärmetauscher.

Platten aus Siliziumkarbid zeichnen sich durch außergewöhnliche mechanische und thermische Eigenschaften aus und sind dennoch leicht. Erhältlich in verschiedenen Größen, Stärken und Formen – ideal für vielseitige, kosteneffiziente Anwendungen in zahlreichen Branchen – können Siliziumkarbidplatten mithilfe verschiedener Verfahren hergestellt werden, darunter Rekristallisation, Heißpressen, heißisostatisches Pressen (HIP), reaktionsgebundenes Sintern oder reaktionsgebundenes Sintern für Fertigungszwecke.

SiC-Platten gehören zu den häufigsten Verwendungszwecken für SiC-Material; eine gängige Anwendung ist die Herstellung von kugelsicherer Keramik. Zwar können auch andere Keramiken diese Funktion erfüllen, doch zeichnet sich SiC durch seine Kombination aus Härte und Leichtigkeit aus; darüber hinaus ist es sehr widerstandsfähig gegen chemische Einflüsse, wodurch es sich für Anwendungen im Militär- und Polizeibereich eignet.

Keramiken aus Bornitrid (BN) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) werden häufig für ballistischen Schutz eingesetzt, wobei BN besonders vorteilhaft ist, da es die Energie von Projektilen absorbiert und ableitet, während Al₂O₃ ein optimales Gleichgewicht zwischen Härte und Verschleißfestigkeit bietet.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Elektrisch leitfähiges Siliziumkarbid weist unter den technischen Keramiken eine Wärmeleitfähigkeit auf, die nur von der von Aluminiumnitrid übertroffen wird, was es zu einem hervorragenden Material für die effiziente Stromableitung und Wärmeableitung in Anwendungen der Elektronik, der Halbleitertechnik und der Stromerzeugung macht. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet es sich ideal für den Einsatz in Sensoren und Detektoren wie Gas- und Strahlungsdetektoren sowie UV-Detektoren, die zur Umweltüberwachung eingesetzt werden. Leitfähige SiC-Platten sind in einer Vielzahl von Größen und Stärken erhältlich, die speziell auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnitten sind.

Dank seiner Zähigkeit und chemischen Beständigkeit eignet sich Ceram-X ideal für militärische Panzerungen und ballistischen Schutz und bietet hervorragende Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit. Es ist eine der härtesten bekannten Keramiken und dennoch leicht. Darüber hinaus weist dieses Material eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegen Kugeln, panzerbrechende Geschosse und Hochgeschwindigkeitsfragmente auf – und bietet so unübertroffenen Schutz.

SiC zeichnet sich durch seinen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, wodurch es Temperaturen standhält, denen andere Werkstoffe nicht gewachsen sind. In Verbindung mit seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit ist SiC ein idealer Werkstoff für Reaktorbeschichtungen oder keramische Auskleidungen in Kernreaktoren, da seine geringere Dichte leichtere Bauteile und eine kosteneffizientere Energienutzung ermöglicht.

Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion

Siliziumkarbidplatten zeichnen sich durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in sauren und basischen Umgebungen aus. Dieses Material hält sogar Temperaturen stand, die weit über seinem Schmelzpunkt liegen, und eignet sich daher für industrielle Anwendungen, bei denen Hitzebeständigkeit und Langlebigkeit gefragt sind. Darüber hinaus zeichnet sich dieses Material durch eine überragende Festigkeit aus, wobei seine Mohs-Härte mit der von Diamanten vergleichbar ist. Dadurch eignet es sich für Öfen zum Schmelzen von Eisen und Stahl sowie für Panzerplatten, die Schutz bieten sollen.

Sic-Platten zeichnen sich nicht nur durch eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit aus, sondern sind zudem äußerst widerstandsfähig gegen Erosion und Abrieb. Aufgrund ihrer abriebfesten Eigenschaften eignen sie sich daher besonders gut für Anwendungen, bei denen präzise Schneid- und Schleifvorgänge zum Einsatz kommen. Da sie zudem ungiftig und inert sind, gewährleisten sie eine noch höhere Beständigkeit gegen chemische Einflüsse.

Magnetron-gesputterte Chrom (Cr)-Beschichtungen können die Korrosionsbeständigkeit von SiC-Platten erheblich steigern, indem sie durch die magnetron-gesputterten Cr-Schichten zusätzlichen Korrosionsschutz bieten. Dies wurde durch das Eintauchen von drucklosendrucklos gesinterte SiC- und unbeschichtete Platten vier Stunden lang in geschmolzenes Na₂SO₄-Salz bei Temperaturen zwischen 900 und 1000 °C getaucht wurden; unbeschichtete Platten zerfielen nach dieser Zeit fast vollständig, während die beschichteten Proben aufgrund der Bildung von Cr-Silizidschichten, die eine bevorzugte Auflösung von Si verhinderten, strukturell intakt blieben.

Hohe Festigkeit

Siliziumkarbid (SiC) ist eines der härtesten synthetischen Materialien und zeichnet sich durch eine herausragende Mohs-Härte aus, die fast der von Diamant entspricht. Darüber hinaus zeichnet sich SIC durch ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sowie durch Korrosionsbeständigkeit aus, wodurch es sich für vielfältige Anwendungen eignet, darunter Panzerungen, ballistischer Schutz, Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Bauteile sowie industrielle Öfen und Anlagen.

SiC/Al-Verbundwerkstoffe weisen im Vergleich zur 6063-Al-Legierung geringere CTE-Werte auf, was auf das starre dreidimensionale Netzwerk aus groben, ineinandergreifenden, großen, plattenartigen Körnern zurückzuführen ist, aus denen sie bestehen. Darüber hinaus begrenzen SiC-Keramiken die Ausdehnung der Al-Legierung bei thermischer Ausdehnung wirksam und verhindern zudem deren weitere Ausbreitung in seitlicher Richtung.

Abbildung 7(a) zeigt, wie der CTE von SiC3D/Al-Verbundwerkstoffen mit steigendem Keimstoffgehalt allmählich abnimmt. Com-SCa0 ohne Keimpartikel weist den höchsten CTE-Wert auf, während Verbundwerkstoffe mit einem Keimpartikelanteil von 15% und 20% beide abnehmende CTE-Werte zeigen, die ein absolutes Minimum von 5,54 bzw. 5,4 × 10⁻⁶ K⁻¹ erreichen.

Mikrostrukturell zeigen diese Verbundwerkstoffe, dass a-SiC-Keime den Übergang von b-SiC-Körnern zu plattenförmigen a-SiC-Körnern mit einheitlicher Größe und Verbindungshälsen beschleunigten, was zu größeren plattenförmigen Körnern mit einheitlicher Größe und Verbindungshälsen führte, die wiederum größere plattenförmige Körner mit starken Verbindungshälsen bilden. Partikel drangen in diese gleichachsigen b-SiC-Körner ein und bildeten ein innovatives, dreidimensional vernetztes Gerüst mit hoher Bindungsfestigkeit, das als Hochgeschwindigkeitskanäle für die Phononenübertragung diente und dadurch die Wärmeausdehnung in der Al-Legierung unterdrückte.