Gjutning av kiselkarbid

Kiselkarbid är en icke-oxidkeramik med utmärkt korrosionsbeständighet och hög värmeledningsförmåga, som produceras som en pulverprodukt och vanligen används i applikationer som kräver hög uthållighet, t.ex. bromsbelägg för konsumentfordon.

Karborundum eller syntetisk moissanit har många användningsområden och applikationer. Det finns två polytyper med distinkta kristallstrukturer a-SiC med hexagonal kristallstruktur och b-SiC med kubisk kristallstruktur.

Hög hållfasthet

Kiselkarbid har hög hårdhet och kan användas för en mängd olika ändamål. Ett vanligt användningsområde är för tillverkning av slipverktyg som slipskivor och brytstenar; dess korrosionsbeständighet gör det till ett utmärkt materialval för pumpdelar, munstycken för syraspray och andra former av utrustning.

För att framställa svart kiselkarbid måste man smälta samman kiselsand (kvartspulver) med petroleumkoks eller antracitkol i en elektrisk ugn vid hög värme under 2-3 minuter tills reaktionen äger rum och ger svart kiselkarbid.

SiC är känt för att förbättra gråjärnets kärnbildningsegenskaper och öka den eutektiska cellbildningen för ökad duktilitet och hållfasthet, samt för att underlätta bildandet av A-typgrafit genom hela tjockleken. Som ett resultat ökar kiselkarbid gjututbytet genom att minska kyldjupdjupet, vilket gör det lättare att hälla flytande metall i komplexa formar.

Hög korrosionsbeständighet

Kiselkarbid uppvisar enastående korrosionsbeständighet och används i många olika applikationer, från slipmedel för sin hårdhet och slitstyrka till eldfasta material med sin motståndskraft mot höga temperaturer, värmechockbeständighet, värmeledningsförmåga och användning som halvledarmaterial.

SiC är känt för sin extrema hårdhet, utmärkta kemiska stabilitet och låga värmeutvidgningsegenskaper. Dessa egenskaper gör SiC till ett exceptionellt slitstarkt och slagtåligt material och gör att det kan motstå både alkali- och syraexponering.

kiselkarbidens korrosionsbeständighet har dokumenterats väl när den används i fluorhaltiga miljöer. JP-A-6298515 beskriver en sintrad kiselkarbidkropp i a-form som uppvisar utmärkt korrosionsbeständighet mot lösningar av fluorvätesyra och salpetersyra samt är mycket resistent mot fluorinnehållande gaser såsom CHF3 eller CClF3, vilket gör den lämplig för delar av plasmaetsningsapparater som används för att producera halvledare.

Hög värmeledningsförmåga

Kiselkarbidkeramik, särskilt ickeoxidversioner som kiselkarbid, är ett idealiskt materialval för högtemperaturapplikationer som kräver korrosionsbeständighet, t.ex. mekaniska tätningar eller pumpar. Dessutom gör värmeledningsförmågan kiselkarbid till ett attraktivt alternativ när man överväger energibesparande elektriska apparater som måste fungera med maximal effektivitet.

Keramiska glasyrer använder koldioxid (CO2) som en ingrediens för att producera krater- och skumglasyrer, vilket produceras genom att ta bort syre från ugnsatmosfären för att bilda SiO2, blanda denna förening med kol för att bilda CO2 och sedan använda denna CO2-gas för att reducera metalloxider som järn och koppar för att producera glasyrer med unika effekter.

SiC:s värmeledningsförmåga beror på värmebärande kollisioner mellan fononer och gitterdefekter som staplingsfel; dessa faktorer är svåra att hantera i praktiken och därför finns det en ständig efterfrågan på SiC med förbättrade värmeledningsförmåga.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselkarbid är ett oorganiskt keramiskt material med utmärkta termiska och kemiska isoleringsegenskaper som kan formas till olika former för termiskt eller kemiskt krävande applikationer. Det har hög hållfasthet, nötningsbeständighet, oxidationskorrosionsbeständighet och värmeutvidgningskoefficient låg värmeutvidgningskoefficient egenskaper samt speciella eldfasta egenskaper.

Tack vare sin oxidationsbeständighet används eldfasta keramiska fibrer ofta som stöd för waferbrickor och som paddlar i smältugnar för halvledare och metall. Dessutom används de ofta som värmeelement för elektriskt motstånd vid höga temperaturer i elektriska ugnar samt som viktiga ingredienser i termistorer och varistorer.

Tät SiC kan framställas med olika tekniker, bland annat agglomerering och sintring vid höga temperaturer i argon. På grund av låga diffusionshastigheter hos atomerna är SiC-pulver svårt att sintra utan extern hjälp; därför används ofta lerbunden SiC. Detta innebär att pulveriserat SiC blandas med 10-50% lerpulver före bränning för att förhindra eventuell avdunstning eller kondensation av SiO2, samt öka brottsegheten hos sintrade produkter.

Hög stabilitet

Kiselkarbid är ett oorganiskt keramiskt material med exceptionell termisk stabilitet och expansionsegenskaper, kemisk oxidationsbeständighet och hårdhet som gör det lämpligt för slitstarka delar och ugnsinfodringar. På grund av dessa egenskaper är kiselkarbid ett utmärkt materialval för applikationer som kräver värmebeständighet, t.ex. ugnsinfodringar.

Elektriska värmeelement (termistorer och varistorer) tillverkade av detta halvledande material har länge använts. Mufflar, hyllor och ugnsskenor drar också nytta av dess halvledande egenskaper.

Fint kiselkarbidpulver kan hittas i några mycket ovanliga keramiska glasyrer som krater- och skumglasyrer, med dess reduktionsbränningseffekter för att minska metalloxider som järn- och kopparoxider, vilket skapar effekter som kopparröda nyanser. Dessutom främjar dess kolutsläpp olika färgeffekter, inklusive kopparröda nyanser; medan dess kiselproduktion skapar gasbubblor i stengodsglasyrer. En spännande förklaring till denna process finns här. Alternativt kan glidgjutning med sic möjliggöra snabba sintringstider samtidigt som korntillväxten begränsas; ett alternativt användningsområde kan vara tillverkning av homogena och täta keramiska grönkroppar; genom att använda korta sintringstider möjliggörs snabba sintringstider samtidigt som korntillväxten kontrolleras genom att styra bränningstekniker för reduktion av metalloxidoxid (blåsor och bubblor). Alternativt kan den användas i glidgjutningstekniker för att tillverka homogena och täta keramiska grönkroppar med minimal korntillväxt tack vare korta sintringstider.