Piikarbidilevy

Piikarbidilevyjä käytetään luodinkestävinä suojajärjestelminä luoteja ja muita uhkia vastaan, ja ne tarjoavat ylivertaiset lämpö-, kemialliset ja mekaaniset ominaisuudet.

CA- ja SA-kokeisiin tarkoitetut keraamiset levyt kiinnitettiin kerros kerrokselta UHMWPE-kankaasta valmistettuihin joustaviin panssarivaippoihin, minkä jälkeen niitä verrattiin SSIC-levyihin ja vaiheittain kerrostettuun SiC:hen, jossa oli rajapintakerros.

Erittäin luja

Piikarbidi (SiC) on edistyksellinen keraaminen materiaali, joka valmistetaan sintraamalla piidioksidihiukkasia yhteen erittäin koviksi ja tiheiksi rakenteiksi. Sillä on poikkeukselliset mekaaniset ominaisuudet sekä korroosion-, korkeiden lämpötilojen ja kulumisen kestävyys. SiC:tä arvostetaan erityisesti sovelluksissa, joissa vaaditaan lujuutta ja sitkeyttä, kuten katkaisulaikoissa tai hiomalaikoissa – sen lämpöominaisuudet ovat myös erinomaiset, mukaan lukien alhainen lämpölaajenemiskerroin ja korkea lämmönjohtavuus.

SiC-levyjä on saatavana eri muodoissa ja kokoina, ja niitä voidaan työstää vastaamaan kunkin sovelluksen erityistarpeita. Lisäksi SiC:tä yhdistetään usein muihin materiaaleihin komposiittien muodostamiseksi, jotka tarjoavat poikkeuksellisen hyvän kulutuskestävyyden – mikä on erityisen hyödyllistä korkeita lämpötiloja edellyttävissä sovelluksissa, kuten ilmailu- ja avaruusteollisuuden tai autoteollisuuden komponenteissa.

Al/SiC-seoksen lämpöominaisuudet riippuvat suuresti niiden tilavuusosuudesta ja hiukkaskokojakaumasta SiC-esimuottien sisällä. Tilavuusosuuden maksimoimiseksi sekä erinomaisen lämpöjohtavuuden (TC) ja pienemmän lämpölaajenemiskertoimen (CTE) saavuttamiseksi on ratkaisevan tärkeää optimoida SiC-hiukkasten kokojakauma optimoimalla sintrausolosuhteita ja rajoittamalla rakeiden kasvunopeutta. Tämän avulla hienot hiukkaset voivat ympäröidä suurempia hiukkasia tai täyttää tyhjiä tiloja tehokkaammin, mikä parantaa pakkautumistehokkuutta ja tuottaa korkeita lämpöjohtavuusarvoja sekä parempaa kestävyyttä korkeiden lämpötilojen aiheuttamia iskuja vastaan – nämä ominaisuudet on esitetty taulukossa 1. Vertailun vuoksi taulukossa on esitetty myös CS-menetelmällä ilmassa tai RS-menetelmällä tyhjiössä sintrattujen näytteiden taivutuslujuudet ja lämpötilat, kun SiC-hiukkasten kokojakaumat ovat erilaiset.

Korkean lämpötilan kestävyys

Piikarbidilevyt kestävät korkeita lämpötiloja vahingoittumatta ja tarjoavat erinomaista lämmönjohtavuutta, kemiallista kestävyyttä ja rasituskestävyyttä – ominaisuuksia, joiden ansiosta ne soveltuvat epitaaksisiin kasvatusprosesseihin.

Piikarbidilevyjä käytetään monissa teollisissa sovelluksissa, hankaavista materiaaleista ja ruiskusuuttimista moniin muihin käyttötarkoituksiin. Niiden Mohsin kovuus on verrattavissa timantin kovuuteen, minkä ansiosta materiaali on erittäin luja ja kestävä, mutta samalla riittävän kevyt koneelliseen käsittelyyn ja helposti muotoiltavissa erilaisiksi muodoiksi.

Sintrattu SiC on erittäin lämpöstabiili, sen lämpölaajenemiskerroin on pieni ja se on luja jopa 1400 celsiusasteen lämpötiloissa. Lisäksi sen kestävyys happoja, emäksiä ja sulia suoloja vastaan tekee siitä korvaamattoman teknisen keraamisen materiaalin.

Piikarbidilevyt (SIC-levyt) kestävät hyvin korkeita lämpötiloja, minkä ansiosta ne soveltuvat käytettäväksi monissa teollisuusympäristöissä, metallurgiasta lasinvalmistukseen sekä keraamisissa sukkulauuneissa, tunneliuuneissa ja rullauuneissa. Piinitridillä sidotut SIC-levyt valmistetaan synteettisesti tuotetuista piikarbidirakeista (SIC) ja valikoiduista sideaineista, minkä jälkeen ne kuivataan ja sintrataan korkean lämpötilan uuneissa ennen käyttöä masuunien vuorauksessa, alumiinin elektrolyyttikylpyjen vuoraukseen, lasisäiliöihin tai ei-rautametallien sulattoteollisuuteen leikkauslevyinä, työntölevyinä, uuneina tai muina korkean lämpötilan uunimuotoina.

Kemiallinen kestävyys

Piikarbidilevyt sopivat erinomaisesti sovelluksiin, joissa vaaditaan korkeaa kemiallista kestävyyttä. Niiden keraaminen materiaali on inertti ja tarjoaa erinomaista korroosionkestävyyttä verrattuna metalleihin ja muovipolymeereihin; CoorsTek voi räätälöidä materiaalisekoituksiaan ja prosessejaan vastaamaan sovellusten erityisvaatimuksia. Piikarbidilla on myös erinomainen kulutuskestävyys; sen Mohsin kovuusluokka 9 mahdollistaa muiden materiaalien leikkaamisen ilman, että se itse vaurioituu tai kuluu.

SiC:tä voidaan valmistaa sintrausprosessin avulla tiheiksi ja lujiksi materiaaleiksi, jotka kestävät korkeita lämpötiloja, minkä ansiosta ne soveltuvat moniin teollisiin käyttötarkoituksiin, kuten panssarointeihin ja ballistiseen suojaukseen, leikkuutyökaluihin, kulutusta kestäviin komponentteihin sekä lämpölaajenemiskertoimien hallintaan. SiC-levyillä on erinomaiset lämpöominaisuudet, sillä niiden laajenemiskerroin on pieni, mutta Youngin moduuli on kuitenkin suuri.

Piikarbidilla on erinomainen hapettumis- ja korroosionkestävyys, mikä johtuu suojaavien piidioksidikalvojen muodostumisesta happea sisältävissä ympäristöissä; tämä takaa sille poikkeuksellisen hyvän hapettumiskestävyyden ja korroosiosuojan. Rikkihapon tai typpihapon kaltaisissa happamissa ympäristöissä se muuttuu kuitenkin haavoittuvaksi haurautensa ja muiden metallien kanssa esiintyvän yhteensopimattomuutensa vuoksi; tätä ongelmaa voidaan lieventää lisäämällä kromia, joka parantaa raerajojen lujuutta ja samalla vähentää syövyttävien suolojen keskinäistä diffuusiota.

Kevyt

Piikarbidilevyt ovat tulleet kiinteäksi osaksi nykyaikaisia panssarijärjestelmiä, ja ne tarjoavat vertaansa vailla olevan suojan erilaisilta uhilta. Niiden keveys mahdollistaa niiden saumattoman integroinnin suojavarusteisiin ilman, että paino kasvaa merkittävästi; lisäksi näillä materiaaleilla on poikkeuksellinen kemiallisen hajoamisen kestävyys sekä erinomaiset kulutuskestävyysominaisuudet.

Luodinkestävät liivit, suojapuvut ja suojakilvet sisältävät usein näitä komponentteja. Niiden yhdistämisellä taktisiin kypäröihin saadaan lisäsuojaa luodeilta ja sirpaleilta. Myös panssaroidut ajoneuvot, kuten panssarivaunut ja panssaroidut miehistönkuljetusajoneuvot, käyttävät tällaisia paneeleja suojaamaan sotilaita esimerkiksi panssarivaunujen tai panssaroitujen miehistönkuljetusajoneuvojen tulelta; lisäksi niitä käytetään lentokoneiden ja helikoptereiden vahvistamiseen sekä barrikadeissa, joita lainvalvonta- tai turvallisuusjoukot käyttävät riskialttiissa tilanteissa.

Sic-levy valmistetaan sintraamalla piikarbidijauhetta korkeissa lämpötiloissa, jolloin syntyy tiheä ja luja materiaali, jolla on erinomainen korroosionkestävyys ja joka kestää jopa 1 550 °C:n lämpötiloja. Se on ihanteellinen valinta moniin teollisiin sovelluksiin, kuten uunien vuorauksiin ja säiliöiden materiaaleihin metallurgisessa teollisuudessa; hyvä lämmönjohtavuus tarkoittaa pientä lämpölaajenemista, minkä ansiosta materiaali sopii pitkäaikaiseen korkean lämpötilan käyttöön ilman laajenemis- tai kutistumisongelmia; lisäksi erinomainen kulutus- ja eroosiokestävyys tekee siitä erinomaisen materiaalin ruiskusuuttimille, kuulapuhallussuuttimille jne.