Piikarbidivalut

Piikarbidikeramiikka (SiC) säilyttää erinomaisen mekaanisen lujuutensa jopa 1 400 °C:n lämpötiloissa, ja sen ainutlaatuinen kemiallinen korroosionkestävyys tekee siitä korvaamattoman materiaalin monissa sovelluksissa.

SiC-rakeisia materiaaleja käytetään hioma-aineissa niiden kovuuden ja sitkeyden vuoksi; tulenkestävissä materiaaleissa niiden lämmönkestävyyden vuoksi; keramiikassa niiden pienen laajenemisen vuoksi; valimoissa valurautavalujen karkea työstö.

Parantunut lujuus ja kovuus

Piikarbidi (SiC) on laajakaistainen puolijohde ja kova keraaminen materiaali, jota käytetään yleisesti muun muassa hiekkapuhalluksessa, auton jarruissa ja luodinkestävissä liiveissä. Luonnossa SiC esiintyy moissanite-mineraalina, ja sitä valmistetaan usein rakeina tai jauheena kestävyyttä vaativiin käyttötarkoituksiin, kuten luodinkestäviin liiveihin.

Piikarbidin poikkeuksellinen lujuus ja kestävyys tekevät siitä ihanteellisen materiaalin ballististen suojapanssareiden valmistukseen. Sen korroosionkestävyys sekä lämpöshokkien ja kemiallisten vaikutusten kestävyys tekevät materiaalista erittäin kestävän puolustusjärjestelmien heikkouksia vastaan.

SiC:tä on saatavilla kahdessa polymorfissa: alfa, jolla on kuusikulmainen kiderakenne ja wurtsiitti, sekä beeta, jolla on sinkkiblende-kiderakenne. Molemmilla muodoilla on vaikuttava murtolujuusarvo 6,8 MPa m⁰,⁵ ja kovuusarvo 32 GPa, mikä tekee SiC:stä yhden tunnetuista kovimmista materiaaleista – vain timantti ja kuutiomainen boorinitridi ovat tätä materiaalia kovempia.

Alumiinioksidiin verrattuna piikarbidi on taloudellisesti edullisempi keraaminen vaihtoehto ballististen suojavarusteiden valmistukseen. Lisäksi sen erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja alhainen tiheys ovat verrattavissa boorikarbidin ominaisuuksiin keskisuurten ja raskaiden uhkien torjumisessa.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että SiC-valukomposiittien laatu paranee sulan hiilipitoisuuden kasvaessa, mikä johtuu eutektisten rakeiden lisääntymisestä sekä uusien karbidien muodostumisesta, kun sulamislämpötila nousee ja sulametallin hiilivaje pienenee. SiC-hiukkasten agglomeroituminen johtaa myös raekoon kasvuun ja mikrorakenteen kehittymiseen, mikä puolestaan parantaa mekaanisia ominaisuuksia.

Parempi kestävyys

Piikarbidi (SiC) on erittäin kova ja kemiallisesti kestävä ei-oksidinen keraaminen materiaali, jota käytetään hioma-aineissa, tulenkestävissä materiaaleissa, kulutusta kestävissä osissa ja luodinkestävissä suojausratkaisuissa sekä mekaanisesti vaativissa sovelluksissa, kuten kulutusta kestävissä osissa. Näiden ominaisuuksien ansiosta SiC:tä hyödynnetään lukuisilla aloilla, joilla kovuus on tärkeää – esimerkiksi hioma-aineissa sen erinomaisen kovuuden vuoksi tai lämpöshokkikestävissä tulenkestävissä materiaaleissa sen korkeiden lämpötilojen tai iskujen kestävyyden vuoksi – mukaan lukien kulutusta kestävät osat, joita käytetään mekaanisesti vaativissa ympäristöissä, joissa kovuus on ratkaisevaa-kestäviä osia tai luodinkestäviä suojapanssareita, joissa kovuus on tärkeää; näin ollen SiC sopii käytettäväksi monissa sovelluksissa, mukaan lukien kulutusta kestävät osat ja luodinkestävät suojapanssarit, jotka suojaavat mekaanisesti vaativissa ympäristöissä, joissa kovuus on tärkeää, kuten kulutusta-kestävät osat ja luodinkestävät suojapanssarit mekaanisesti vaativissa ympäristöissä, kuten kulutusta kestävät osat ja luodinkestävät suojapanssarit; mekaanisesti vaativiin sovelluksiin kuuluvat kulutusta kestävät osat ja luodinkestävät suojapanssarit, joissa SiC:n korkea kovuus tekee siitä korvaamattoman materiaalin.

Edward Goodrich Acheson esitteli karburundumin (eli synteettisen moissanitin) ensimmäisen kerran vuonna 1891 kuumentamalla savea (alumiinisilikaattia) jauhetun koksin (hiilen) kanssa. Vuodesta 1893 lähtien sitä on tuotettu kaupallisesti jauheena tai keraamisina levyinä käytettäväksi autojen jarruissa, kytkimissä ja luodinkestävissä liiveissä.

Valetut piikarbidituotteet ovat mitoiltaan tarkkoja, joten ne sopivat mihin tahansa käyttötarkoitukseen. Olivatpa osat yksinkertaisia tai monimutkaisia, ne on suunniteltu pitkäikäisiksi ja toimintatehokkuuden maksimoimiseksi, ja niillä on erinomainen taivutuslujuus, mikä parantaa käyttöturvallisuutta. CIM-SiC-osat kestävät erinomaisesti taivutusvoimia ja ovat pitkäikäisiä.

Ortech käyttää reaktiosidontaprosessia täysin tiheän SiC:n valmistukseen, jonka metallisen piin pitoisuus on noin 10%, ja tarjoaa edullisia muovausmenetelmiä, kuten valun, kuivapuristuksen tai isostaattisen puristuksen. Sidotut SiC-tuotteemme erottuvat erinomaisella lämmönjohtavuudellaan verrattuna perinteisiin sitomattomiin keraamisiin materiaaleihin.

Parantunut korroosionkestävyys

Piikarbidi (SiC) on piin ja hiilen epäorgaaninen kemiallinen yhdiste. Vaikka sitä esiintyy luonnossa harvinaisena moissanite-mineraalina, sitä on tuotettu teollisuuskäyttöön jo vuodesta 1893 lähtien sekä jauhe- että kiteisessä muodossa hioma-aineeksi. Tämän materiaalin rakeita voidaan myös sitoa yhteen erittäin kovien keraamien valmistamiseksi; typpi- tai fosforilisäys tuottaa n-tyypin puolijohteita, kun taas beryllium-, alumiini-, gallium- tai boorilisäys voi tuottaa p-tyypin puolijohteita.

Polyimidi erottuu muista materiaaleista sillä, että se ei liukene veteen, alkoholiin eikä happoihin – minkä ansiosta se kestää erinomaisesti ankaria kemiallisia olosuhteita, jotka saattaisivat syövyttää vähemmän kestäviä materiaaleja. Tämän ominaisuutensa ansiosta polyimidi sopii erinomaisesti sovelluksiin, joissa komponentit voivat joutua alttiiksi mahdollisesti syövyttäville olosuhteille, jotka vaativat juuri tällaisia kestäviä materiaaleja.

Keraaminen materiaali tunnetaan vaikuttavasta lujuudestaan ja sitkeydestään. Murtolujuus 6,8 MPa m⁰,⁵ ja Youngin moduuli 440 GPa ovat osoitus sen kestävyydestä; lisäksi 32 GPa:n kovuudellaan se kuuluu vain timantin ja boorikarbidin joukkoon materiaaleina, joiden kovuus on tätä suurempi.

Ortech tarjoaa täysin tiiviitä piikarbidikeramiikoita (SiC), jotka on valmistettu reaktiosidontamenetelmällä ja joissa on säilynyt noin 10% metallista piitä. Näin edulliset muovausmenetelmät, kuten valu, kuivapuristus ja isostaattinen puristus, helpottuvat samalla kun saavutetaan korkea puhtausaste. SiC-keraamit erottuvat erinomaisella mekaanisella lujuudellaan korkeissa lämpötiloissa ja tarjoavat samalla erinomaista kemiallista korroosionkestävyyttä.

Parannettu lämmönkestävyys

Piikarbidi on yksi maapallon kovimmista materiaaleista; vain timantti ja kuutiomainen boorinitridi (CBN) pääsevät lähelle sitä. Lisäksi piikarbidilla on poikkeukselliset termomekaaniset ominaisuudet, joiden ansiosta se on erinomainen materiaalivalinta sovelluksiin, joissa sen on toimittava sekä lämpö- että mekaanisesti vaativissa olosuhteissa; tämä tekee siitä sopivan materiaalin hioma-aineisiin, kulutusta kestäviin osiin ja tulenkestäviin materiaaleihin sekä ballistisiin suojausratkaisuihin.

On osoitettu, että piikarbidilla tehty inokulaatio parantaa merkittävästi harmaan valuraudan metallurgista laatua. Valimoasiantuntija Li Chuanshi kirjoitti, että inokulaatioesikäsittelyllä voidaan vähentää sulan raudan alijäähdytystä, estää valuraudan valkoista suuta, lisätä eutektisten rakeiden määrää sekä auttaa estämään B-, E- ja D-tyyppisen grafiitin muodostumista.

Kun huokoista piikarbidia altistetaan sulalle raudalle, sen hiukkaset alkavat muodostua ja kasvaa grafiittiytimien ympärille, mikä vakauttaa niiden koon ja muodon ja auttaa estämään grafiittisaostumien muodostumista hilseileviksi kuoriksi tai pallomaisiksi kasvaumiksi, jotka heikentäisivät valun laatua.

Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories tarjoaa sekä sintrattua että reaktiosidottua huokoista ja täysin tiivistettyä piikarbidia (SSiC). Ota meihin yhteyttä jo nyt, niin selvitämme, mitkä materiaalit sopivat juuri sinun sovellukseesi, tai keskustellaan siitä, miten voimme kehittää täydellisen tuotteen hyödyntämällä insinööriemme asiantuntemusta, joka kattaa kaiken uunilevyistä ja lämmönkeräysputkista työntölevyihin ja kulutuskestäviin levyihin.