Suurta rasitusta aiheuttavat prosessit, joissa käytetään sintrattua piikarbidia

Sintrattu piikarbidi tarjoaa erinomaiset ominaisuudet, minkä ansiosta se sopii korkean suorituskyvyn sovelluksiin lentokoneiden osissa, autoissa ja puolijohteiden valmistuksessa. Erinomaisen lämpöstabiilisuutensa ja pienen lämpölaajenemiskertoimensa ansiosta se kestää äärimmäisiä lämpötilanvaihteluita murtumatta tai vääntymättä rasituksen alaisena.

Perinteinen kuumapuristussintraus vaatii monimutkaisia laitteita ja tarkkaa muottisuunnittelua, minkä vuoksi sen käyttö rajoittuu suhteellisen yksinkertaisiin muotoihin. Sintrausaineiden kemian ja prosessisuunnittelun innovaatioiden ansiosta tämä menetelmä pystyy kuitenkin ylittämään nämä esteet.

Kovuus

Piikarbidi on poikkeuksellisen lujamainen ja tiheä materiaali, jolla on erinomainen lämmön- ja iskunkestävyys, minkä ansiosta se soveltuu käytettäväksi suihkumoottorien suuttimissa ja luodinkestävissä liiveissä. Lisäksi sen kemiallinen korroosio-, hapettumis- ja lämpöshokkikestävyys tekevät siitä erinomaisen valinnan.

Piikarbidikeraamia valmistetaan sintraamalla hienoa piikarbidijauhetta ei-oksidisten sideaineiden, kuten hiilimustan tai boorinitridin, kanssa tahnaksi, jonka jälkeen se tiivistetään suulakepuristuksella, kylmäisostaattisella puristuksella tai suulakepuristuksella putkiksi, lohkoiksi tai muiksi muodoiksi joko suulakepuristus- tai kylmäisostaattisen puristuksen tekniikoita käyttäen ja tiivistetään jopa 1720 °C:n lämpötilassa teollisuusuunissa.

Paineettomassa sintrauksessa syntyy materiaalia, jonka puhtaus ja tiheys ovat korkeammat kuin tavanomaisessa reaktiosidoksisessa piikarbidissa, mikä johtaa huomattavasti pienempiin raekokoihin, suurempaan taivutuslujuuteen huoneenlämpötilassa, parempaan halkeamien leviämiskestävyyteen sekä pienempään lämpölaajenemiskertoimeen.

Lämmönjohtavuus

SIC:llä on erinomainen lämmönjohtavuus ja lämmönkestävyys, minkä ansiosta se sopii kestävyyttä vaativiin sovelluksiin, kuten ilmailu- ja avaruusteollisuuteen sekä metallurgisiin prosesseihin. Lisäksi se kestää hyvin kulutusta ja korroosiota.

Reaktiosidottu piikarbidi (RBSiC) tarjoaa houkuttelevan vaihtoehdon perinteiselle sintratulle piikarbidille. Sen alhaiset sintrauslämpötilat ja helppokäyttöiset metallinmuovaustekniikat mahdollistavat monimutkaisten osien valmistuksen suurina erinä. Lisäksi sen huoneenlämpötilassa mitattu taivutuslujuus, 300 MPa, on vertailukelpoinen perinteisen sintratun piikarbidin kanssa.

Raaka-aineen puhtaus vaikuttaa suoraan sintratun piikarbidin suorituskykyyn. Erittäin puhtaat jauheet mahdollistavat alhaisemmat sintrauslämpötilat, mikä parantaa tiivistymistä ja vähentää virheitä, minkä ansiosta saadaan lopulta erinomaiset mekaaniset ja lämpöominaisuudet vaativiin sovelluksiin. Morganin Purebide™-sintrattu piikarbidi tarjoaa vähintään 99,01 %:n puhtauden, mikä takaa poikkeuksellisen väsymiskestävyyden vaativissa olosuhteissa sekä paremmat paine- ja nopeusominaisuudet kovapinnoitettujen osien välisissä liitoksissa – mikä alentaa elinkaarikustannuksia kokonaisuudessaan ja tarjoaa erinomaisen sijoitetun pääoman tuoton.

Korroosionkestävyys

Sintrattu piikarbidi tunnetaan hyvin hapettumisen ja korroosion kestävyydestään korkeissa lämpötiloissa, minkä vuoksi se on kysytty materiaali kemikaalipumppuihin, polttimien osiin, uunien komponentteihin ja jopa kemianteollisuuden laitoksiin. Lisäksi sen vahva mutta vakaa rakenne takaa materiaalin lujuuden jopa 1600 °C:n lämpötiloissa.

Sintrattu piikarbidi vaatii monimutkaisen valmistusprosessin, jotta sille saadaan aikaan ihanteelliset mekaaniset ominaisuudet. Reaktiosintraus tuottaa keraamisia materiaaleja, joilla on tiheä mikrorakenne ja tasainen koostumus, mutta menetelmällä on omat rajoituksensa, jotka rajoittavat sen käyttöä tietyissä sovelluksissa.

Erittäin puhdas raaka-ainejauhe takaa maksimaalisen mekaanisen kestävyyden piikarbidin reaktiosintrauksessa, kun taas epäpuhtaudet heikentävät raerajoja tai muodostavat ei-toivottuja faaseja, jotka heikentävät jännitys- ja kulutuskestävyyttä. Lisäksi puhtaampi sintrattu piikarbidi kestää paremmin lämpöshokkeja – mikä on korvaamaton etu vaativissa teollisuusympäristöissä, joissa äkilliset lämpötilanvaihtelut ovat usein keskeisessä roolissa. Nopeat lämpötilan vaihtelut auttavat välttämään anturien vikoja sekä huoltokustannuksia sovelluksissa, kuten masuuneissa ja jätteenpolttolaitoksissa, joissa lämpötila vaihtelee usein nopeasti ja voimakkaasti – nämä edut ovat erityisen merkittäviä, kun on kyse nopeista lämpötilan vaihteluista masuuni- ja jätteenpolttolaitossovelluksissa.

Voima

Piikarbidi on ihanteellinen materiaalivalinta sovelluksiin, joissa vaaditaan suurta lujuutta, lämmönjohtavuutta ja hapettumiskestävyyttä. Sitä käytetään usein kemianteollisuuden pumppuissa, uunien komponenteissa ja uuniosissa, koska se kestää äärimmäisiä lämpötiloja ja kemiallisia vaikutuksia.

SiC:n valmistuksessa käytetään erilaisia menetelmiä halutun mikrorakenteen saavuttamiseksi. Nämä prosessit vaihtelevat reaktioliimauksesta ja kuumapuristuksesta sintraukseen; kullakin on erilainen vaikutus lopputuotteen mikrorakenteeseen ja suorituskykyominaisuuksiin.

Reaktiosidottua piikarbidia (RBSiC) voidaan valmistaa tunkeuttamalla nestemäistä piitä olemassa olevaan hiiltä sisältävään huokoiseen a-SiC-keraamiseen runkoon ja ruiskuttamalla siihen sulanutta nestemäistä piitä, jolloin se reagoi olemassa olevan hiilen kanssa muodostaen b-SiC:tä ja täyttäen kaikki huokoset. RBSiC:llä on alhaiset aktivointienergia- ja jännitysekponenttiarvot, mikä merkitsee vahvaa virumiskestävyyttä raerajojen liukumisen ansiosta sekä kavitaation asettamia rajoja virumisdeformaatiolle.