Piikarbidilevy, joka on suunniteltu kestämään äärimmäisiä teollisuusolosuhteita

Piikarbidi (SC) on erittäin kova, kulutusta kestävä materiaali, jolla on erinomaiset lämmönjohtavuusominaisuudet ja jota käytetään yleisesti lämpökäsittelyuuneissa hiiletykseen, nitraukseen ja hehkutukseen.

Piikarbidi kiteytyy useina polytyyppeinä; kuusikulmaiset ja romboedriset muodot ovat tutumpia. Lisäksi piikarbidia esiintyy luonnossa myös harvinaisena mineraalina, moissanitina.

Kovuus

Voimalaitoksissa käytetään usein näitä putkia niiden lujuuden, kestävyyden ja lämmönjohtavuuden vuoksi; lisäksi ne kestävät erinomaisesti hankausta ja korroosiota.

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova, musta synteettinen kide, jota alettiin valmistaa massatuotantona hioma-aineena 1800-luvun lopulla. Vaikka SiC:tä esiintyy luonnossa pieninä määrinä moissanite-mineraaliesiintymissä, suurin osa teollisesta tuotannosta perustuu uudelleenkiteytys-, sintraus- ja reaktiosidontatekniikoihin, joiden avulla sitä valmistetaan valtavia määriä.

SiC on yksi kovimmista keraamisista materiaaleista, ja sen Mohsin kovuusaste on 9,5 – mikä asettaa sen timantin ja boorikarbidin rinnalle yhtenä kovimmista materiaaleista. Äärimmäisen kovuutensa sekä kulumis- ja korroosionkestävyytensä ansiosta SiC on yleistynyt lisäaineena hiomatyökaluissa sekä muissa mekaanisissa sovelluksissa, kuten suihkumoottorien turbiinisuuttimien siivissä tai komposiittipanssarien valmistuksessa.

SiC on materiaali, jonka Youngin moduuli on vaikuttavat 440 GPa ja taivutuslujuus 490 MPa, ja sitä esiintyy monissa eri muodoissa ja kerrostusjärjestyksissä, jotka muodostavat erillisiä polytyyppejä. Yleisimpiä ovat kuusikulmaiset ja romboedriset rakenteet, joita kutsutaan a-muodoksi; kuutioiset SiC-rakenteet (ns. b-muoto) ovat kuitenkin tulleet yhä merkittävämmiksi ajan myötä.

Korroosionkestävyys

Piikarbidi on poikkeuksellisen kestävää korroosiota, hapettumista ja kemiallisia vaikutuksia vastaan. Lisäksi tämä tiheä materiaali kestää korkeita lämpötiloja, eikä sen lämpölaajenemiskerroin muutu edes pitkäaikaisessa altistuksessa.

Moissanitissa luonnostaan esiintyvä SiC valmistetaan synteettisesti erilaisilla valmistusmenetelmillä, kuten kuumapuristuksella, kuumaisostaattisella puristuksella (HIP) ja reaktiosidoksisella sintrauksella. Jokainen valmistustekniikka tuottaa tarkkuudella valmistettua, täysin huokosetonta keraamista materiaalia, jolla on poikkeuksellinen kulutus- ja korroosionkestävyys.

Piikarbidin sähköiset ominaisuudet tunnistettiin ensimmäisen kerran 1800-luvun lopulla, ja se löysi nopeasti käyttöä salamansuojina sähkövoimajärjestelmissä. Suurjännitelinjojen väliin sijoitettujen SiC-pylväiden jännitteestä riippuva vastus laskee hyväksyttävälle kynnysarvolle salamaniskun sattuessa, jolloin virta ohjataan pois suoraan sähkölinjojen kautta kulkemisesta ja johdetaan sen sijaan maahan. Tätä tekniikkaa käytetään edelleen nykyäänkin suurjännitesovelluksissa, ja piikarbidia käytetään myös katkaisulaikkoina, hiomalevyinä, tulenkestävissä materiaaleissa ja autoteollisuuden komponenteissa.

Lämmönjohtavuus

Piikarbidilevyt kestävät korkeita lämpötiloja ilman, että ne vääntyvät tai vaurioituvat käytössä, mikä johtuu niiden alhaisesta lämpölaajenemiskertoimesta. Niiden kestävyys ja kovuus tekevät niistä sopivia myös sovelluksiin, joissa lämpötila vaihtelee nopeasti, minkä vuoksi piikarbidilevyt ovat täydellinen valinta.

Äärimmäisen kovuutensa ansiosta piikarbidilevyt ovat erinomainen hioma-aine vetolujuudeltaan heikkojen materiaalien, kuten valuraudan ja messingin, leikkaamiseen. Lisäksi näitä materiaaleja käytetään myös tulenkestävissä tuotteissa ja upokkissa; lisäksi korkeassa lämpötilassa sintrauksella valmistetut piikarbidikeramiikkamembraaniputket ovat erinomaisia kaasu- ja nestesuodattimia, sillä ne kestävät korroosiota aggressiivisissa väliaineissa ja pystyvät sietämään äärimmäisiä paine- ja lämpötilavaihteluita.

Piikarbidi on saavuttanut vaikuttavaa menestystä myös tehoelektroniikassa. Koska piikarbidi kestää korkeampia jännitteitä ja lämpötiloja, se on erinomainen materiaalivalinta sähköajoneuvojen (EV) energiamuunnosjärjestelmiin. Tämä parantaa hyötysuhdetta ja mahdollistaa samalla pienempien komponenttien valmistuksen, mikä puolestaan pidentää akun toimintasädettä.

Kulumiskestävyys

Piikarbidi on uskomattoman kova materiaali, ja sen kyky kestää korroosiota vaativissa teollisuusympäristöissä tekee siitä erinomaisen valinnan energiantuotantoalan komponentteihin. Lisäksi sen pitkäikäisyys ja kestävyys tekevät siitä sopivan materiaalin myös kemianteollisuudelle ja paperiteollisuudelle.

Keraamiset materiaalit tarjoavat erinomaista lämmönkestävyyttä. Niiden ainutlaatuinen atomirakenne ja poikkeuksellinen lujuus mahdollistavat energian absorboimisen ilman, että materiaali vääntyy tai sulaa, minkä vuoksi tämä keraaminen materiaali on korvaamaton valinta sekä sotilaallisiin että siviilikäyttöön tarkoitettuihin suojaliivien sovelluksiin.

Piikarbidi (SiC) koostuu piistä ja hiilestä, ja sen valmistusmenetelmät vaihtelevat tämän mukaan. Reaktiosidottu SiC on yksi tällainen menetelmä, jossa rakeet ovat suhteellisen karkeita; kuumapuristus- ja HIP-menetelmät tarjoavat paremman hallittavuuden ja hienompia rakeita, kun taas uudelleenkiteytys- ja sintraustekniikoissa SiC-jauhe muovataan haluttuihin muotoihin ja kuumennetaan sitten korkeissa lämpötiloissa, kunnes muodostuu tiheitä, kiinteitä rakenteita.