Pålitlig kiselkarbidplatta för krävande applikationer

Kiselkarbid är ett exceptionellt material med exceptionell hårdhet och kemikaliebeständighet, vilket gör det till ett utmärkt val för industriella miljöer som är utsatta för frekvent nötning. Dessutom minskar dess låga värmeutvidgningskoefficient risken för stötar.

Keramiska plattor (även kallade plattor) fungerar som det centrala stödelementet i många ugns- och ugnskonstruktioner, inklusive SiC-ugnar. Kiselkarbidplattor ger betydande vikt- och energibesparingar jämfört med sina motsvarigheter i cordierit.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Kiselkarbid är ett extremt tåligt keramiskt material som är utformat för att klara höga temperaturer, termiska chocker, snabba temperaturförändringar och strålning - egenskaper som gör det perfekt för rymdtillämpningar som rymdfarkoster. Dessutom minskar kiselkarbidens lätta konstruktion bränslebehovet som krävs för att nå omloppsbana eller andra planeter.

Nitridbunden kiselkarbid (NB SiC) står sig väl i extrema miljöer tack vare sin överlägsna temperatur- och krypbeständighet samt brottseghet, kryp- och oxidationsbeständighet, brottseghet och kemiska stabilitet - dessa egenskaper gör att den kan bibehålla strukturell styrka även under stress [129]. Dessutom överträffar dess lägre densitet, högre skadetolerans och större hållfasthet metalliska superlegeringar, oxid/oxid-CMC eller monolitiska SiC-keramer. [129].

Kiselkarbidplattor har länge varit ett förstahandsval för flyg- och rymdingenjörer på grund av deras motståndskraft mot höga temperaturer och friktion. Tack vare sin hårdhet och låga densitet väljs NB SiC-plattor ofta för tillverkning av hypersoniska flygplan, missilnosar och komponenter till rymdfarkoster.

Utmärkt kemisk resistens

Kemikalieresistens är en viktig egenskap hos material som är avsedda för olika tillämpningar. Det säkerställer att tryckta delar förblir funktionella trots långvarig exponering för starka kemikalier som rengöringslösningar, reagenser eller alkoholhanddukar.

Stark kemikaliebeständighet kräver flera viktiga egenskaper, bland annat låg porositet, minimal svällning och nedbrytning, goda mekaniska egenskaper och hållbarhet även under mekanisk påfrestning och termisk cykling. För att vara verkligt kemikalieresistent krävs en kombination av dessa element.

Keramiska matriskompositer av PEEK och kiselkarbid (SiC) har utmärkt kemisk beständighet. CMC av kiselkarbid med nickelbindemedel har överlägsen slitstyrka, kryp- och strålningsbeständighet jämfört med andra SiC-keramer, t.ex. oxid/oxid-CMC eller monolitisk SiC [129]. Metaller har högre densitet och vikt jämfört med CMC; de har exceptionell draghållfasthet, skadetolerans och temperaturkapacitet och uppvisar större seghet än något annat CMC-material. CMC är dessutom lättare och har lägre densitet än metaller, vilket gör att de har fler fördelar jämfört med dem när det gäller fysikaliska egenskaper och applikationspotential. SiC/SiC CMC med nickelbindemedel kan också infiltreras och densifieras utan att man behöver använda sig av traditionella formsprutningssteg, vilket gör produktionen enklare [129]. Dessutom har dessa kompositer visat sig ha överlägsen kryp- och oxidationsbeständighet jämfört med metalliska superlegeringar för flygmotorer [131,132].

Hög slitstyrka

Keramiska matriskompositer av kiselkarbid har överlägsen nötningsbeständighet, vilket innebär att de kan motstå hårda partiklar eller ytor utan att drabbas av förslitningsskador. Solida ytor har exceptionell tryckhållfasthet och specifik styvhet; två mekaniska egenskaper som anger hur ett materials förmåga att motstå belastningar utan att spricka under stress bedöms. Dessa material är också mycket motståndskraftiga mot termisk chock, vilket innebär att de kan motstå plötsliga temperaturfluktuationer utan sprickbildning eller brott. Nitridbunden kiselkarbid (NB SiC) kan framställas genom en process som kallas nitrering, vilket innebär att ett antal NB SiC-korn värms upp tillsammans med en kvävehaltig förening, t.ex. kiselnitrid eller ammoniak, för att skapa en miljö som bidrar till bindning mellan kornen, vilket resulterar i täta och elastiska material.

Nickel tillsätts ofta till nitridbunden kiselkarbid för att öka dess seghet och brottseghet, vilket leder till bättre seghet och skadetolerans än kolfiber- och oxid/oxid-CMC, monolitisk SiC-keramik [129] eller andra monolitiska metaller som WC-Co [131]. Dessutom ger nickel mycket högre temperaturtolerans än monolitiska metaller som WC-Co

Låg densitet

Kiselkarbidens låga densitet gör det till ett idealiskt material för högpresterande flyg- och rymdtillämpningar. Flygplan måste vara lätta för att minimera bränsleförbrukningen, men ändå klara av de krafter som genereras under flygning samt stötar mot mål. Kiselkarbidens hårdhet gör det dessutom lämpligt för tillverkning av nosspetsar till missiler som måste motstå friktionsvärme och stötar mot mål.

Nitridbunden kiselkarbid (NB SiC) har lägre densitet än sintrad SiC, vilket gör den mer lämpad för högpresterande applikationer. Detta material kan framställas genom ett flertal tillverkningsprocesser, inklusive reaktionsbindning och silikonisering av SiC, kol och Si metall.

Vid en avfyrning av en O12 mm stålprojektil användes högprecisions-DT-skanningar för att analysera den ballistiska prestandan hos en cirkulär NB SiC-keramikplatta som förspänts med förspänning och testades mot dess ballistiska prestanda mot ett Hertzian cone hålmorfologitest med förspänning. CT-resultaten visade hur förspänning hade en effekt på Hertzian konbildning medan C2, ett ospänt prov, hade begränsad konbildning medan det förspända provet C4 hade mer skadad konbildning; vilket tyder på att inneslutning kan förbättra den ballistiska prestandan totalt sett.