Was sind die Eigenschaften von Siliziumkarbid (SiC)?

Siliciumcarbid (SiC) ist eines der härtesten Materialien, die der Menschheit bekannt sind. Es kommt in der Natur als Mineral Moissanit vor und wird seit 1893 in Massenproduktion als Schleifmittel hergestellt. SiC ist in verschiedenen Polytypen erhältlich, die sich durch ihre Kristallgitterstruktur unterscheiden.

Gesintertes alpha-SiC wird durch viele Faktoren beeinflusst, darunter große Hohlräume und Schrumpfungsrisse, die im Ausgangspulver vorhanden sind. Jüngste Fortschritte bei den Verarbeitungstechniken haben gezeigt, dass solche Defekte wirksam gemindert und die Festigkeit von alpha-SiC verbessert werden können.

Härte

Alpha SiC zeichnet sich durch seine Härte aus; mit einer Mohs-Härte von 13 ist es eine unschätzbare Eigenschaft. Nur geringfügig weniger widerstandsfähig als Diamant und Borkarbid, ist Alpha SiC mit einer Mohshärte von 13 nahezu unzerstörbar; es eignet sich daher perfekt für hochpräzise Schleif-, Schneid- und Polieranwendungen wie das Schleifen von Klingen. Darüber hinaus wird alpha-SiC in der Fertigung eingesetzt, z. B. für Düsen, keramische Dichtungsflächen, militärische Ausrüstungen sowie hochbelastete industrielle Fertigungsanwendungen.

Die Härte von gesintertem Siliciumcarbid hängt von seiner Sintertemperatur ab. Bei sehr hohen Temperaturen wandelt sich die kubische polytype Phase von a-SiC während des Sinterns in hexagonales b-SiC um, was die Härte erheblich verringert.

Im Rahmen des Sinterprozesses ist es entscheidend, dass alle Körner gleichmäßig sind. Dies trägt zur Erhöhung der Härte bei und verbessert gleichzeitig die Verschleißfestigkeit. Auch die Biegefestigkeit und die Bruchzähigkeit wurden bewertet. Hohe Mengen an Nano-b-SiC in der Matrix führten zu geringeren Werten bei der Bruchzähigkeit und der Biegefestigkeit, während geringere Mengen diese Werte erhöhten.

Dichte

Die Alpha-Sic-Dichte hängt von mehreren Faktoren ab, u. a. von der Verarbeitung (Formgebung und Brennen), der Materialreinheit, der Korngröße/Morphologie/Porenorientierung usw. Sie liegt in der Regel zwischen 41 Wm-1K-1; Schwankungen aufgrund von Messverfahren.

Beta-Siliciumcarbid hingegen kann so hergestellt werden, dass es eine höhere Dichte als Alpha-Sic aufweist und somit aufgrund seiner dichten mikrokristallinen Struktur im Vergleich zur eher kugelförmigen Form von Alpha-Sic für bessere Dichtungsanwendungen geeignet ist.

Die Verdichtung des Materials kann auch durch die Temperatur beeinflusst werden. Das Flash-Sintern kann beispielsweise zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung und damit zu einer Verringerung des Probenwiderstands führen; dieses Problem kann durch thermische Isolierung und verbesserte Elektrodengeometrien während des Sinterprozesses vermieden werden.

Abnutzungswiderstand

Die Abriebfestigkeit ist eine entscheidende Eigenschaft von Materialien für industrielle Anwendungen. Herkömmliche Stahlgeräte unterliegen im Laufe der Zeit einem allmählichen mechanischen Abrieb, der ihre Betriebseffizienz beeinträchtigt und die Ausfallzeiten für Reparaturen oder Austausch erhöht. Im Gegensatz dazu widersteht Hexoloy SiC dem Verschleiß durch Hochgeschwindigkeits-Rotationskräfte sowie dem Eindringen von Partikeln in das Material leichter als seine Gegenstücke aus Stahl.

Alpha-Siliciumcarbid (a-SiC) weist eine attraktive Sphalerit-Kristallstruktur auf, die ihm hervorragende chemische und thermische Eigenschaften verleiht, darunter eine extreme Härte, die für Schleifmittel geeignet ist. Darüber hinaus macht seine Hitzebeständigkeit a-SiC zu einem idealen Werkstoff für Schlammpumpen, Lager, Düsen, Pumpenverkleidungsteile sowie Papier- und Textilkomponenten.

Gesintertes Alpha-Siliciumcarbid weist eine Enddichte von mehr als 98% theoretisch auf. Durch ein spezielles Sinterverfahren entsteht ein ultrareines einphasiges Material, das Abrieb und Erosion standhält. Darüber hinaus machen die geringe Porosität und die ausgeklügelte Mikrostruktur von hexoloy sa gesintertes Alpha-Siliziumkarbid zu einem idealen Ersatz für herkömmliche Industriewerkstoffe, die sich mit der Zeit in korrosiven Umgebungen abnutzen.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit (k) von Materialien misst, wie effizient sie Wärme leiten, und ist damit eine wesentliche Eigenschaft für viele Anwendungen, die hohe Temperaturen aufrechterhalten oder über längere Zeit extremen Hitzebedingungen ausgesetzt sein müssen.

Zu den Siliciumcarbid-Polymorphen gehört Alpha-Sic, das eine hexagonale Kristallstruktur aufweist, die der von Wurtzit ähnelt und bei Temperaturen von über 1700 Grad Celsius gebildet wird. Aufgrund seiner überragenden Härte und Stabilität in rauen Umgebungen hat sich Alpha-Siliciumcarbid als unschätzbare Wahl für den industriellen Einsatz erwiesen.

Hexoloy SP SiC, gesintertes Alphasic, wurde für optimale Leistung in Gleitkontaktanwendungen wie Gleitringdichtungen und produktgeschmierte Lager entwickelt. Dieses gesinterte Alphasic enthält kugelförmige Poren, die als Reservoir dienen, um einen Flüssigkeitsfilm auf den Oberflächen der Komponenten für eine selbstschmierende Wirkung zurückzuhalten - und übertrifft damit herkömmliche reaktionsgebundene und gesinterte Siliziumkarbidwerkstoffe bei einer Vielzahl von Bedingungen erheblich.

Abnutzungswiderstand

Die Dichte, Härte und Selbstschärfe von Alphasic machen es zum idealen Werkstoff für Anwendungen, die eine hohe Abriebfestigkeit erfordern, wie etwa Schneidwerkzeuge. Auch wenn es in erster Linie für Schleifmittel oder Schneidwerkzeuge verwendet wird, gibt es auch andere Anwendungen wie mechanische Panzerungen, Sprüh- und Strahldüsen, gesinterte Verschleißteile und Keramik.

Sinterreines Alpha-Siliciumcarbid bietet eine hervorragende Verschleißfestigkeit, insbesondere gegen Abrieb und Schlagschäden. Außerdem kann es sehr hohen Temperaturen standhalten, ohne Korrosions- oder Erosionsschäden zu erleiden, und bietet eine hohe Korrosions- und Erosionsbeständigkeit.

Hexoloy SP SiC ist ein gesintertes Alpha-Siliziumkarbid, das speziell für Gleitkontaktanwendungen wie Gleitringdichtungen und produktgeschmierte Lager entwickelt wurde. Seine einzigartigen kugelförmigen Poren dienen als Flüssigkeits- oder Schmiermittelreservoir und übertreffen herkömmliche reaktionsgebundene und gesinterte Alpha-Siliziumkarbide unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

Borrero-Lopez und Kollegen untersuchten die Auswirkungen der intergranularen Phasenchemie auf das Gleitverschleißverhalten von LPS a-SiC-Keramik, die unter einer stickstoffreichen (N2) Atmosphäre zum Sintern hergestellt wurde. Das Sintern unter dieser Atmosphäre führte zum Einbau von Stickstoff in kristalline intergranulare y3Al5O12-Phasen, die dann durch Mischkristallisation gehärtet wurden, was zu einer verbesserten Gleitverschleißfestigkeit dieser Keramiken führte.