Innovation inom skyddsmaterial med kiselkarbidplattor

Kiselkarbid är ett extremt tåligt material som är idealiskt för ballistiskt skydd, nötningsbeständighet och kemisk stabilitet tack vare nitreringsprocessen som ger utmärkt motståndskraft mot termisk chock.

Trycklöst sintrat SiC har fler fördelaktiga egenskaper än reaktionsbundet SiC: det är hårdare, mer nötningsbeständigt, har överlägsen korrosionsbeständighet och högre Young's Modulus.

Hårdhet

Kiselkarbid har ett antal enastående fysiska och kemiska egenskaper som gör den till ett oumbärligt element i modern teknik och industriella tillämpningar. Dessa egenskaper inkluderar uthållighet vid höga temperaturer, motståndskraft mot kemisk korrosion och strukturell stabilitet som alla säkerställer dess funktionalitet även i de tuffaste driftsmiljöerna.

Sintrad kiselkarbid har en hårdhet som gör den till ett effektivt material för att skydda arbetstagare i farliga arbetsmiljöer. Med sin kombination av tryckhållfasthet, elasticitetsmodul och tetraedrisk struktur uppnår sintrad kiselkarbid en av de högsta Mohs-hårdhetsgraderna i världen - och överträffar både diamant och borkarbid! Dessutom gör dess kemiska inertitet att den kan stå emot angrepp från aggressiva kemikalier eller medel som kan skada mindre robusta material.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbidens utmärkta värmeledningsförmåga, motståndskraft mot kemiska angrepp och hållfasthet vid höga temperaturer gör det till ett populärt val för stöd för wafertråg och paddlar i halvledarugnar. Dessutom utmärker sig detta material i krävande applikationer som hantering av HF-syror eller bearbetning av sällsynta jordartsmetaller.

Kiselkarbidens exceptionella motståndskraft mot slitage och erosion gör att den utmärker sig i tuffa miljöer som kvarnar, kemiska fabriker, gruvor och ugnar. Därför har kiselkarbid många tillämpningar inom olika områden - slitstarka plåtkomponenter (pusher slabs och skid rails) samt lättviktsmöbler som stolpar, eldningsringar, däckplattor och sätterplattor är bara några få användningsområden för detta mångsidiga material.

Genom att använda krympanpassning för att uppnå lateral förspänning är resultaten från experiment som jämförs med simuleringsmodeller med finmaskigt nät uppmuntrande. Noterbara trender är ökande håldiameter och hålhöjd med ökad förspänning på grund av större radiell uppehållstid för impaktorn, vilket tvingar in mer material mellan den tunna frontplattan och SiC-kragen.

Motståndskraft mot korrosion

Kiselkarbid är ett extremt lätt, hårt och kemiskt resistent keramiskt material. På grund av denna egenskap har det blivit det material som väljs vid tillverkning av industriell utrustning som pumpar, ventiler, turbiner och munstycken i tuffa miljöer eftersom det erbjuder exceptionell korrosionsbeständighet, motståndskraft mot termisk chock och en låg termisk expansionskoefficient.

Moynihan [30] visade att den ballistiska prestandan hos tunn SiC-keramik förbättras dramatiskt när den spänns fast mot en bakplatta med hjälp av en krage av höghållfast stål, på grund av förspänning i den keramiska plattan som minskar spridningen av konsprickor i kragen och därmed ökar motståndet mot penetration.

Med hjälp av högupplöst CT-skanning av två keramiska plattor - C2 (förspänd) och C4 (ospänd) - undersökte vi effekterna av förspänning på deras frakturmorfologi. Detta möjliggjorde en direkt jämförelse av Hertziansk konbildning mellan dem.

Motståndskraft mot slitage

Kiselkarbid är utmärkt för att motstå både nötning och friktionsslitage samt kemisk korrosion, vilket ger långa livslängder i krävande miljöer som kvarnar, expandrar och extruderingsmaskiner. Dessutom har solid state-tryckfri sintrad SiC utmärkt hårdhet, kemisk resistens och termisk stabilitet samt en enastående Youngs modul för utmärkt dimensionsstabilitet.

Eldfasta keramiska plattor som används i avfallsenergianläggningar innehåller vanligtvis ca 90 viktprocent SiC bundet till en aluminosilikatmatris, se tabell 1. Deras sammansättning och huvudegenskaper kan ses här.

Röntgenkartor och EDS-mätningar visar att alkaliska element angriper mikrostrukturen nära den heta sidan av plattorna nära deras heta sidor, vilket indikeras av kristobalittoppar. Analys av porstorleksfördelning och öppen porositet som erhållits genom intrusionskvicksilverporosimetri på prover tagna från kalla zoner inom förbränningszoner visar att denna attack har producerat porösa strukturer som illustreras i figur 3, som bevis på penetration av smält slagg som resulterar i upplösning och spridning av eldfasta material.