Fördelar med kiselkarbidkeramik

Kiselkarbid är ett av de hårdaste och mest avancerade keramiska materialen på marknaden, med hög temperaturhållfasthet, kemisk resistens, låg termisk expansion och breda användningsområden inom branscher som kemisk bearbetning, mekanisk design, olja och gas, flyg och försvar.

Kiselkarbid har en enastående kombination av egenskaper som har gjort det till det material som valts för benimplantat. Det keramiska materialet Hexoloy (r) är biokompatibelt och studier in vivo visar på betydande benbildning.

Hårdhet

Kiselkarbid (SiC) är en oorganisk förening som består av kisel och kol och som förekommer naturligt endast i spårmängder i meteoriter som mineralet moissanit, medan den har framställts syntetiskt sedan 1893 för användning som slipmedel. Kiselkarbidens keramiska egenskaper gör den mycket hållbar; den tål mycket höga temperaturer och termiska chocker med lätthet samtidigt som den erbjuder stor oxidationsbeständighet och slitstyrka samt har en exceptionellt hög elasticitetsmodul utan porositetsproblem.

SiC är ett av de hårdaste och starkaste finkeramiska materialen. Tack vare sin överlägsna hårdhet, korrosionsbeständighet, kemiska stabilitet och elektriska halvledningsförmåga är det ett idealiskt materialval för många applikationer. Dessutom gör SiC:s låga värmeutvidgningskoefficient att det klarar höga temperaturområden samtidigt som den starka kovalenta bindningen gör det motståndskraftigt mot värmeutvidgning eller krympning, vilket gör det lämpligt för högpresterande elektronisk utrustning.

Enligt Mohs hårdhetsskala är det ett av de tio hårdaste materialen, näst efter diamant. Det erbjuder utmärkt nötningsbeständighet för applikationer som sprängmunstycken och cyklonkomponenter, vilket gör det lämpligt för ballistiskt pansar på grund av dess utmärkta böjhållfasthet och brottseghetsegenskaper. Dessa egenskaper är ett resultat av dess kemiska inertitet i kombination med hårdhetsegenskaper samt fysisk slitstyrka vid höga temperaturer och kemiska angrepp på ytan.

Motståndskraft mot korrosion

Kiselkarbid har en överlägsen kemisk inertitet, vilket gör den motståndskraftig mot miljöer som annars skulle kunna leda till korrosion i mindre motståndskraftiga material. Därför är kiselkarbid ett utmärkt val för applikationer som petrokemisk bearbetning och produktion av halvledarenheter där exponering för tuffa förhållanden som starka kemikalier, sura lösningsmedel, höga temperaturer och extrema förhållanden kan förekomma.

Kiselkarbidkeramik erbjuder enastående kemisk korrosionsbeständighet jämfört med andra industrikeramer, kombinerat med utmärkt hårdhet, temperaturstabilitet, låg termisk expansionskoefficient och överlägsen mekanisk hållfasthet - egenskaper som gör det till det perfekta materialet för många applikationer.

De formningsmetoder som används för att producera kiselkarbid har en enorm effekt på dess mikrostruktur och därmed på slutproduktens prestanda. Reaktionsbunden kiselkarbid kan tillverkas genom att kompakter som består av blandningar av SiC och kol infiltreras med flytande kisel, som reagerar med de ursprungliga partiklarna för att bilda mer SiC och binda dem. Produktion av sintrad kiselkarbid innebär sintring av rent SiC-pulver med hjälp av konventionella keramiska formningsmetoder.

Täta kiselkarbidkomponenter med böjhållfasthet över 300 MPa och brottseghet över 3,87 MPa m1/2 kan tillverkas genom varmpressning eller trycklös sintring, med bibehållen hållfasthet vid höga temperaturer upp till 1600°C och med exceptionell oxidationsbeständighet vid höga temperaturer bland karbidkeramer. Ett tunt lager av kiseldioxid skyddar dessa täta komponenter mot ytterligare korrosionsbeständighet, oxidationsaktivitet eller slitstyrka.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselkarbid är ett av de hårdaste material som lämpar sig för användning vid höga temperaturer och uppvisar enastående motståndskraft mot termisk chock. Dessutom bibehåller det sin mekaniska styrka under tryck samtidigt som det uppvisar minimal krypning - idealiskt för lastbärande applikationer som lager, tätningsringar och motorkomponenter. Dessutom står sig kiselkarbid väl i kemiskt aggressiva miljöer samtidigt som det motstår korrosion och oxidation även vid förhöjda temperaturer.

Kiselkarbidens hårdhet och seghet gör att den kan bearbetas till snäva dimensionstoleranser samtidigt som den erbjuder enastående kemisk stabilitet, inklusive hög korrosionsbeständighet mot sura miljöer samt motståndskraft mot slitage och nötning - egenskaper som gör den till ett tilltalande materialval för krävande situationer som 3D-printing, ballistiskt skydd och olje-/gas-/petrokemisk processindustri.

IPS Ceramics tillhandahåller alla större typer av SiC, ett extremt slitstarkt och hållbart material för utmanande miljöer. SiC finns i form av moissanit samt som sintrat pulver som kan sintras till fasta produkter eller halvfabrikat - det senare kallas sintrad kiselkarbid (SSiC). Bland SiC:s utmärkande egenskaper märks dess exceptionella kemikalie- och slitstyrka samt dess höga elasticitetsmodul och låga expansionskoefficient, vilket gör det till det självklara materialet för högpresterande ugnsinredning, skottsäkra pansartillämpningar och fixturer för beredning av halvledarskivor.

Motstånd mot termisk chock

Kiselkarbidkeramik har enastående motståndskraft mot termisk chock. De tål temperaturförändringar på upp till flera tusen grader Celsius utan att ta skada, samtidigt som de behåller sin hårdhet. Denna egenskap gör kiselkarbidkeramik särskilt idealisk för industriella miljöer där temperaturen ofta fluktuerar kraftigt; dessutom gör denna fördel med kiselkarbid dess användning idealisk vid tillverkning av eldfasta produkter som brännarmunstycken, munstycken för avsvavling av rökgaser och tätningar för rörsystem.

Keramiska sandfilter tillverkade av SiC är populära val inom olje- och gasproduktion på grund av deras långa filterlivslängd, motståndskraft mot korrosion, syror, höga temperaturer och olika borrhålsvätskor samt deras okänslighet för nötning eller stötar, vilket gör dem lämpliga för lager eller mekaniska tätningar.

Kiselkarbidkeramik har en låg termisk expansionskoefficient och utmärkt krypmotstånd, vilket gör den lämplig för krävande förhållanden som 3D-printing, ballistikproduktion, kemisk produktion, energiteknik och papperstillverkning.

Även med sådana imponerande egenskaper kvarstår farhågor om säkerheten vid användning av kiselkarbidkeramik i människor. Den glasartade formen, som består av glasliknande slipande partiklar som kan vara giftiga för människor. Studier på människor som har genomförts kan också förvirras av samtidig exponering för tobaksrök, adsorberade kolväten eller kristallin kiseldioxid; ändå kräver risken för fibrotisk lungsjukdom i samband med slipmedel av kiselkarbid inom industrin ytterligare studier och behöver utvärderas ytterligare.