Kiselkarbidkeramik

Kiselkarbid (SiC) är ett av de hårdaste, lättaste och starkaste avancerade keramiska materialen. Med utmärkt mekanisk styrka, erosions- och nötningsbeständighet, låg värmeutvidgningskoefficient, kemisk korrosionsbeständighet och temperaturtolerans erbjuder SiC enastående egenskaper som gör det till ett av världens ledande avancerade keramiska material.

Foam SiC används i stor utsträckning inom industrier som metallurgi, maskiner, petroleumraffinering, kemisk industri, flyg, rymd och nationellt försvar. Foam SiC har en öppen tredimensionell nätverksstruktur med stor porositet och låg relativ densitet för enkel bearbetning och tillverkning.

Hållfasthet vid höga temperaturer

Kiselkarbid har hög hållfasthet vid rumstemperatur och utmärkt motståndskraft mot korrosion och nötning, vilket gör det till ett utmärkt materialval för användning i eldfasta produkter som härdplattor, rekuperatorrör, skjutplattor och balkar samt lättviktiga ugnsmöbler som brännringar, stolpar och däckplattor. Kiselkarbid är också utmärkt som komponent i förbränningskammarkomponenter som brännarmunstycken och flamrör, och det kan även användas i industriella applikationer som system för avsvavling av rökgaser.

SiC-keramik sintrad med varmpressning, trycklös sintring och isostatisk varmpressning kan bibehålla sin böjhållfasthet upp till 1600 grader Celsius utan att drabbas av någon betydande hållfasthetsförlust. SiC har dessutom utmärkta luftmotståndsegenskaper och erbjuder en av de högsta temperaturhållfastheterna bland tekniska keramer.

Kemisk renhet och motståndskraft mot angrepp vid höga temperaturer gör kisel till ett idealiskt material för stöd för wafertråg och paddlar i halvledarugnar, motståndsvärmeelement, skyddsrör för termoelement och komponenter i termistorer och varistorer.

Korrosionsbeständighet vid höga temperaturer

Kiselkarbidkeramik erbjuder utmärkt oxidationsbeständighet och böjhållfasthet vid förhöjda temperaturer, till skillnad från de flesta keramiska material som skulle uppleva betydande minskningar när de utsätts för temperaturer mellan 12001400 grader Celsius och 14000 grader Celsius. Kiselkarbid förblir starkt vid dessa temperaturer med minimal förlust av hållfasthet.

Korrosion av SiC i komplexa miljöer är en extra utmaning på grund av materialets ytskikt, som kan skilja sig kemiskt från den keramiska komponenten. Denna film kan antingen vara passiv eller aktiv och ha olika inverkan på dess korrosiva beteende.

SiC-keramer har utmärkt korrosionsbeständighet och böjhållfasthet, vilket gör dem lämpliga för en rad krävande tillämpningar, från slitstarka delar och verktyg inom metallurgi till mekaniska tätningar och eldfasta material för kemisk processindustri, gasturbinmunstyckskomponenter för flyg, rymd och försvar; faktum är att SiC är en av de hårdaste keramer som människan känner till, näst efter diamant och kubisk bornitrid.

Oxidationsbeständighet vid höga temperaturer

Kiselkarbidkeramik har utmärkt oxidationsbeständighet, kemisk korrosions- och slitstyrka, hög mekanisk hållfasthet, låg densitet, liten termisk expansionskoefficient och överlägsen energiabsorptionsförmåga och tryckbeständighet, vilket gör att de används i stor utsträckning inom industrier som metallurgi, kemikalier, transportmaskiner, försvarselektronik, energiindustrier etc. Skummad kiselkarbidkeramik erbjuder tredimensionella nätverk med enhetliga porer, vilket gör produktionen enkel med fördelar som selektiv permeationsförmåga för energiabsorptionsförmåga samt ökad värmeöverföringsprestanda - vilket gör skummad kiselkarbidkeramik till ett ekonomiskt alternativ! Skummad kiselkarbidkeramik erbjuder tredimensionella nätverk med enhetlig porfördelning som ger fördelar som hög porositet, selektiv permeabilitet för hög energiupptagningsförmåga samt god värmeöverföring jämfört med fasta keramiska motsvarigheter som kiselkarbider.

Oxidation av kiselkarbid är en komplicerad process som omfattar både passiva och aktiva oxidationsformer, och dess hastighet beror på faktorer som temperatur och gassammansättning. För att kunna göra korrekta förutsägelser måste man ha en exakt beskrivning av hur allt fungerar. Olika modeller har tagits fram för att beskriva detta fenomen - de skiljer sig åt beroende på den aktiveringsenergi som beräknas på Si-ytorna.

Slitstyrka vid höga temperaturer

Kiselkarbid (SiC) är ett utomordentligt tekniskt keramiskt material. SiC kan bibehålla styrka, hårdhet och kemisk stabilitet även vid extremt höga temperaturer samtidigt som det är motståndskraftigt mot korrosion från många kemikalier och syror. Det används inom försvaret, biltillverkning, mekanisk bearbetning, miljöskydd, rymdteknik, informationselektronik och energi - bland många andra användningsområden.

Kiselkarbid har utmärkta tribologiska egenskaper, vilket framgår av dess imponerande brottseghet (6,8 MPa m0,5) och böjhållfasthet (490 MPa). Dessutom har den en exceptionell hårdhet på 32 GPa, vilket placerar den på andra plats efter diamant och kubisk bornitrid när det gäller hårdhetsranking.

Skummad kiselkarbid har många fördelar jämfört med andra material för uppvärmning av frätande vätskor som svavelsyra och heta natriumhydroxidlösningar, bl.a. att den kan värmas elektriskt. Dessutom är det ett effektivt val för att avskilja giftiga gaser och kondensera frätande ångor.

Motståndskraft mot termisk chock vid höga temperaturer

Keramiska gitter av kiselkarbid konstrueras med hjälp av bindningar mellan kol- och kiselatomer för att bilda en gitterstruktur, vilket ger den hög mekanisk hållfasthet, utmärkt kemisk korrosionsbeständighet, låg densitet och överlägsen värmeledningsförmåga. Dessutom tål den extremt höga temperaturer utan att spricka eller gå sönder.

Helt tät kiselkarbid kan tillverkas i antingen reaktionsbunden eller sintrad form, som var och en ger olika slutmikrostrukturer. Reaktionsbunden kiselkarbid som Saint-Gobains keramiska material Hexoloy bildas genom att kompakter av blandade SiC- och kolpartiklar infiltreras med flytande kisel; när detta reagerar med kol bildas fler SiC-partiklar som i sin tur binds med befintliga partiklar för att bilda täta fasta massor som fäster ihop igen.

Keramiska material som smält kiseldioxid, cordierit och mullit ger god beständighet mot termisk chock, men för att hitta den bästa lösningen för specifika applikationer är det viktigt att utvärdera alla inblandade faktorer.

Elektrisk isolering vid höga temperaturer

Kiselkarbidkeramer har utmärkt korrosionsbeständighet och styrka vid höga temperaturer, vilket gör dem till ett utmärkt val för användning inom kemisk, petrokemisk och mekanisk industri och för delar som kräver värmeisolering, t.ex. mekaniska tätningar för pumpar eller bilbromsar. Kiselkarbidkeramer har också fått en utbredd användning som material för tillverkning av dessa delar eller komponenter.

Föreliggande uppfinning avser en elektriskt isolerande sintrad kropp som i huvudsak består av polykristallin, sintrad kiselkarbid med åtminstone några obundna kolområden som innehåller både bor och kväve samt bornitridutfällningar mellan åtminstone några kiselkarbidkorn, vilket ger tillräckliga mängder bor för in situ-bildning av en bornitridfas under sintringen - kvantiteter upp till cirka 2,5 viktprocent kommer sannolikt inte att uppnå tillförlitliga elektriska resistivitetsvärden - medan element inte heller resulterar i önskade elektriska resistivitetsnivåer på ett tillförlitligt sätt.