Saint-Gobain kiselkarbidkeramik

Kiselkarbidkeramik är ett idealiskt material för applikationer som kräver hög dimensionsstabilitet vid olika temperaturer, samtidigt som det är kemiskt inert och har god värmeledningsförmåga.

Utforska Saint-Gobain Hexoloy(r), vårt sortiment av sintrade eldfasta keramer som är speciellt utformade för kopparugnar - heta tegelstenar och brännarblock samt klock- och boshstenar!

Hög kemisk inertitet

Kiselkarbid är inert mot de flesta kemikalier vid höga temperaturer och har en extremt låg expansionskoefficient, vilket gör det till det perfekta materialet att använda när man har att göra med aggressiv kemi. Dessutom förlänger dess inerthet dess livslängd och gör det motståndskraftigt mot oxidation och korrosion längre än andra material.

Sintringsbar SiC är kemiskt inert och motståndskraftig mot termiska chocker samt temperaturvariationer i ugnsmiljön utan att spricka eller försämras. Dess höga värmeledningsförmåga möjliggör dessutom en effektiv värmefördelning i ugnen för bättre bränningsresultat och energieffektivitet.

Saint-Gobain Performance Ceramics & Refractories utnyttjar SiC:s fysikaliska egenskaper för att skapa innovativa tekniska keramiska lösningar för användning inom många olika branscher, t.ex. ugnsmöbler, brännarmunstycken, glidöron, processkomponenter för halvledarindustrins processer, passivt pansar för säkerhets- och försvarsändamål samt partikelfilter. Hexoloy SE SiC extruderade komponenter tillverkade genom trycklös sintring av submikronpulver används i applikationer med hög renhet och anpassas för att uppfylla kundernas krav; dessa komponenter är 50% hårdare än volframkarbid men ändå ogenomträngliga för föroreningar.

Hög värmeledningsförmåga

Sintrad kiselkarbid (SSiC) är ett extremt hårt keramiskt material som framställs genom olika produktionsmetoder, såsom torrpressning, gjutning och extrudering. SSiC finns i applikationer som sträcker sig från ballistiskt motståndskraftigt keramiskt pansar för fordon och flygplan till friktionsfria applikationer med ultrahög renhet som Hexoloy SA som har konstruerats som ett extremt hårt och tätt SSiC-material som minskar risken för kontaminering i ultrarena miljöer.

De senaste trenderna inom halvledartillverkningsindustrin innebär att de acceptabla nivåerna av metallföroreningar på bearbetade wafers ständigt minskar. Därför har material med hög renhet blivit ett allt viktigare krav för ugnsmöbler. Men befintliga kiselbaserade SiC-material uppfyller inte dessa specifikationer. Torti et al:s rapport i "High Strength Silicon Carbide for Use In Severe Environments" (1973) visade att varmpressade SSiC-kroppar innehållande 95-98% SiC hade dålig motståndskraft mot termisk chock - inte förvånande med tanke på deras lägre värmeledningsförmåga jämfört med ren SiC. Bättre värmeledningsförmåga kan erhållas genom att silifiera konverterade grafit-SiC-kroppar som innehåller minst 71%vol %SiC.

Hög specifik styvhet

Kiselkarbidens specifika styvhet är en viktig egenskap för högpresterande tillämpningar som ballistik och rymdfart. Inom dessa områden måste materialet motstå rotationskrafter samtidigt som det är temperaturstabilt - dessa krav uppfylls exakt av Saint-Gobains Hexoloy sintrade kiselkarbidmaterial.

Dynamiskt dragbeteende hos keramiska material kan ofta undersökas med hjälp av plåtslagsexperiment (även kallade spaltningstest). När dessa experiment genomförs skapas en intensiv dragspänning när frigöringsvågor från impaktorn och målet kolliderar, vilket skapar en enorm dragspänning som snabbt leder till skador och dynamiskt brott.

För att bestämma defektpopulationen hos de båda kiselkarbidkvaliteterna som användes i denna studie utfördes kvasistatiska fyrpunktsböjningstest på provkroppar med dimensionerna 5 mm i höjd och 3 mm i bredd. Resultaten visar att PS-S-kvaliteten, på grund av sin mer spridda mikrostruktur, har den lägsta Weibull-modulen och högre töjningshastighetskänslighet än PS-kvaliteten.

Den karakteristiska tiden (tc) för sintringsprocesser beror både på töjningshastigheten och defektpopulationens storlek, och den minskar exponentiellt med ökande töjningshastighet tills den når endast några mikrosekunder vid mycket höga töjningshastigheter.

Hög hållfasthet

Kiselkarbidens hårdhet, styvhet och värmeledningsförmåga gör det till ett lämpligt material för spegelytor på astronomiska teleskop. Dessutom gör dess värmetolerans att det tål höga temperaturer utan att expandera eller dra ihop sig under längre rymdfärder där man befinner sig i omloppsbana under längre perioder.

Hexoloy(r) SE kiselkarbid tillverkas genom trycklös sintring av submikron sic-pulver genom en exklusiv extruderingsprocess, vilket ger en helsintrad keramik med en teoretisk densitet på över 98%. Den utmärker sig bland industrikeramikerna som ett av de hårdaste alternativen med enastående slitstyrka mot både rotations- och glidkrafter.

Saint Gobains kiselkarbid utmärker sig med sin låga värmeutvidgning och specifika styvhet som gör att den kan användas som en lätt strukturell komponent i industriell metrologisk utrustning, t.ex. CMM-bryggor och Z-axlar, positioneringssystem och CMM-prober, tack vare sin förmåga att klara hög hastighet och precisionsmätningar. Dessutom gör den låga vikten och den låga värmeutvidgningen att den kan användas i temperaturkritiska applikationer, t.ex. i oxiderande miljöer i kärnreaktorer, liksom den kemiska inertiteten som gör den lämplig för keramiska lager och kolvar bland många andra användningsområden.

Hög oxidationsbeständighet

Med tiden har metallurgiska tillämpningar blivit allt mer krävande och kräver hög hållfasthet, värmeledningsförmåga och oxidationsbeständighet från sina produkter. Eldfasta produkter måste uppfylla dessa allt strängare kriterier under högre belastningsvikter och kortare bränncykler - vilket innebär större påfrestningar för att de ska uppfylla denna högre prestandastandard. Förbättrade nitrid- och oxynitridbundna kiselkarbidkompositioner har utvecklats speciellt för att klara dessa utmaningar, vilket ger förlängd livslängd för nedsänkningsrör i galvaniseringsugnar för aluminium eller tegelbottnar i reduktionsceller.

Dessa nya material tillverkas genom reaktantsintrad syntes av alfa-SiC-pulver, Si-metall och kolhaltigt material, som sedan sintras under trycklösa förhållanden för att få sin form. De erbjuder överlägsen värmeledningsförmåga med liten eller ingen porositet vid en maximal driftstemperatur på 1.350 grader Celsius.

Saint-Gobain har också utvecklat ett oxynitridbundet kiselkarbidmaterial som kallas Silit(r). För att producera det blandas en startblandning som innehåller partikulärt SiC med bor och kol innan det kiseliseras för att bilda en eldfast kropp. Bor bidrar till att öka motståndet mot volymförändringar under oxidativ exponering för ånga vid 900 grader Celsius, vilket skapar betydligt större motstånd än standardnitridbundna kiselkarbider.