Was sind die Anwendungen von SiC-Platten?

SiC-Platten sind ein unschätzbares Material, das aufgrund seiner überragenden Härte, Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Erosionsbeständigkeit in zahlreichen Branchen eingesetzt wird.

Siliziumkarbidplatten werden häufig in ballistische Schutzsysteme wie Körperpanzerungen zum Schutz vor Kugeln und Schrapnellsplittern eingebaut, während sie auch in Sicherheitsschilden von Polizeibeamten und Sicherheitspersonal verwendet werden.

Härte

Sic-Platten zeichnen sich unter den keramischen Werkstoffen durch ihre harte Oberfläche aus und eignen sich daher für die Beschichtung von Metalloberflächen in verschiedenen industriellen Bereichen. Darüber hinaus kann es auch für Isolatoren, Kondensatoren und Pumpen verwendet werden, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern.

Die hohe Bruchzähigkeit (6,8 MPa m0,5) und Biegefestigkeit (490 MPa) des Materials zeugen von seiner Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit. Es widersteht extremen Temperaturen und ist gleichzeitig resistent gegen Säuren, Laugen und geschmolzene Salze. Durch seine Dreh- und Fräsfähigkeiten ist dieses Material äußerst vielseitig - ideal für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen.

Siliziumkarbid gehört zu den härtesten Werkstoffen und ist nach Diamant und Borkarbid das härteste Material. Außerdem verfügt es über einen beeindruckenden Elastizitätsmodul (440 GPa), der seine Steifigkeit und Verformungsbeständigkeit belegt.

Die Härteprüfung keramischer Werkstoffe erfolgt entweder mit dem Knoop- oder dem Vickers-Diamant-Eindringkörperverfahren, wobei die Ergebnisse als Zahlen ausgedrückt werden, die die Tiefe der durch eine aufgebrachte Kraft hinterlassenen Eindrücke wiedergeben. Belastungen können in den Einheiten kgf, gf und p gemessen werden, wobei Umrechnungstabellen zur Verfügung stehen, die bei der Umrechnung zwischen den Skalen helfen. Es ist wichtig, daran zu denken, dass sich Metalle unter mechanischer Belastung verformen, Keramiken hingegen nicht. Daher müssen die Prüfungen auf Oberflächen durchgeführt werden, die frei von Präparationsartefakten sind, um genaue Ergebnisse zu erzielen.

Stärke

Siliziumkarbidplatten sind äußerst widerstandsfähige und starke Materialien mit einer herausragenden Mohshärte von 13, die nur von Diamant und Borkarbid übertroffen wird. Dank ihrer überragenden Festigkeit können sie sowohl Abriebschäden als auch hohen mechanischen Belastungen standhalten und eignen sich daher für Anwendungen wie Panzerungen und ballistischen Schutz, Schneidwerkzeuge und mehr.

Die Festigkeit von Sic-Platten wird durch ihre Beständigkeit gegen extreme Temperaturen noch erhöht. Sic ist in der Lage, seine Festigkeit auch bei großer Hitze aufrechtzuerhalten und wird daher als keramisches Material in Ofenteilen und Heizelementen für Öfen oder Heizelementen in Heizungen oder Kesseln verwendet. Darüber hinaus bietet es eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit in sauren oder alkalischen Umgebungen, was es zu einer hervorragenden Wahl für Bauteile macht, die Chemikalien wie Säuren oder Laugen ausgesetzt sind.

Die physikalischen Eigenschaften der Sic-Platte werden mit verschiedenen Tests, wie dem CA- und dem SA-Test, bewertet, um ihre Schlag- und Durchstoßfestigkeit zu ermitteln. Die Ergebnisse werden dann mit ähnlichen Materialien verglichen, um ihre Festigkeit zu bestimmen. Die Biegefestigkeit und die Zähigkeit der Sic-Plattenproben wurden ebenfalls bewertet. Die Biegefestigkeit gleichmäßig geschichteter und schichtweise geschichteter Proben war ähnlich, während reine Matrixproben im Vergleich zu flüssigphasengesinterten SSiC-Proben (LpSSIC) eine deutlich höhere Biegefestigkeit und Zähigkeit aufwiesen, obwohl LpSSIC-Proben aufgrund ihrer Schichtstruktur, die die Übertragung von Energiewellen in die Matrixschichten behindert, geringere intergranulare Bruchraten aufwiesen als laminierte Sic-Platten.

Wärmeleitfähigkeit

Siliziumkarbid zeichnet sich unter den anderen Schleifmaterialien dadurch aus, dass seine Festigkeit und Härte auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben und es chemisch korrosionsbeständig ist. Dadurch eignet es sich für Industrieöfen und -anlagen sowie für die Herstellung von Panzerung für Hochgeschwindigkeitsprojektile. Aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit eignet es sich auch als Schutzkleidung gegen Feuer oder Explosionen.

Obwohl SIC-Platten viele Vorteile in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit bieten, gibt es nach wie vor einige Bedenken in Bezug auf ihre Wärmeleitfähigkeit. Dazu gehören die polarisationsabhängige Natur der Diffusion und Mikrorisse in der inneren pyrolytischen Kohlenstoffschicht (PIC). Mikrorisse entstehen durch den CVD-Abscheidungsprozess; die Bildung poröser isolierender Strukturen verringert die Gesamtwärmeleitfähigkeit der Platte.

Um diese Bedenken auszuräumen, haben wir eine zerstörungsfreie Technik entwickelt, die als zerstörungsfreie Messung der Temperaturleitfähigkeit und der Thermoreflexion von SIC-Platten mit Hilfe der zerstörungsfreien Thermodynimik-Transfer-Datenaufzeichnung mittels Refraktometer-Radiometrie (ns-TDTR) bekannt ist. Bei dieser Technik werden Wärmebild- und Thermoreflexionsverfahren zur Bewertung der Beschichtungstemperaturen eingesetzt, bevor die Ergebnisse mit instationären thermischen Simulationen identischer Konfigurationen verglichen werden, um genaue, wiederholbare Messungen zu gewährleisten.

Durch die Anwendung dieser Technik konnten wir feststellen, dass die Wärmeleitfähigkeit der SIS-Partikel nicht von ihrer Position innerhalb der Beschichtungsstruktur abhängt. Die in der Nähe einer OPyC-Schicht gemessenen Wärmewiderstandswerte waren mit denen von SiC-Monolithen vergleichbar, was darauf hindeutet, dass die Grenzfläche kein wichtiger limitierender Faktor für die Wärmeleitfähigkeit ist. Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass die zerstörungsfreie Charakterisierung dünner mehrschichtiger keramischer Beschichtungsstrukturen mit diesem Ansatz möglich ist.

Korrosionsbeständigkeit

SiC-Platten sind korrosionsbeständig und temperaturtolerant, was sie zu einem ausgezeichneten Material für Komponenten macht, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden müssen, wie z. B. Schutzbeschichtungen, Schneidwerkzeuge und andere Hochleistungsanwendungen. Aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit eignen sie sich auch für Anwendungen wie Kugelstrahldüsen und Zyklonkomponenten.

Stanford Advanced Materials bietet eine Auswahl an SiC-Plattenprodukten an, wie z. B. direkt gesintertes Alpha-Siliziumkarbid (SSiC). Diese Keramik weist eine hervorragende chemische Inertheit und Beständigkeit gegenüber Säuren und anderen korrosiven Stoffen auf; außerdem besitzt sie eine Mohs-Härte, die nur von Diamant übertroffen wird, und wird häufig in Öfen für Sintervorgänge, Glasproduktionsprozesse, Stahlherstellung oder ähnliche Hochtemperaturanwendungen verwendet.

Zur Analyse des Korrosionsverhaltens wurde eine SiC3D/6061Al-Verbundprobe mit einem TESCAN MIRA3-Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop und einem energiedispersiven Röntgenspektrometer untersucht. Die Bode-Diagramme in Abbildung 9 zeigen, wie die elektrochemische Reaktion an der Oberfläche zunächst schnell anstieg, sich aber schließlich verjüngte, als sich Korrosionsprodukte auf der Oberfläche bildeten.

Der Kern der Korrosion sind Kupferionen, die von ihren jeweiligen Basen in den Grenzflächenbereich zwischen Legierung und Verbundwerkstoff wandern, wo sie sich auf der Oxidschicht absetzen und das Korrosionspotenzial verringern. Das Korrosionspotenzial der SiC3D/6061Al-Grenzfläche war niedriger als das ohne SiC3D-Beschichtung, was diese Hypothese weiter unterstützt.