Kiselkarbid och Sintrad SiC

Kiselkarbidkeramer (SiC) är kända för sina exceptionella egenskaper, t.ex. hög hårdhet, god slitstyrka, låg termisk expansion och korrosionsstabilitet i tuffa miljöer. SiC finns i både reaktionsbundet och sintrat format.

Sintring innebär att Si i ångfas reagerar och infiltreras i en porös grafitbaserad stålplatta för att producera en reaktionssintrad kropp med full densitet, beroende på temperatur, måltemperatur, hålltid och möbler som används under produktionen. Den elektriska resistiviteten hos denna produkt varierar med dessa variabler.

Hårdhet

Kiselkarbid (SiC) är ett av de hårdaste materialen på jorden och kan motstå extrema temperaturer, tryck och korrosion utan att förlora sin styrka. Dessutom har denna halvledare hög värmeledningsförmåga. Tack vare sin hårdhet och hållfasthet är SiC ett utmärkt materialval för mekaniska tätningar.

Tätningarnas motståndskraft mot slitage och korrosion gör dem särskilt lämpliga för användning i applikationer med tuffa miljöer eller hög belastning, t.ex. produktionsutrustning för olja och gas, anläggningar för tillverkning av halvledare eller allmänna industrimaskiner.

Sintrad SiC-keramik har den högsta hållfastheten bland keramer och är känd för sin exceptionella värmebeständighet. Även vid temperaturer så höga som 1400degC förblir dess prestanda intakt, vilket gör den lämplig för pansarplattor, skärverktyg och ballistiska sköldar.

Mascera tillverkar SiC i två former: direktsintrat och reaktionsbundet. I direktsintrat material används ett a-SiC-pulver som värms upp till höga temperaturer under sintringen för att bilda täta gröna kroppar med starka sammanbindande bindningar, idealiska för högtemperaturarbeten eller som ett alternativ till reaktionsbundna material. Reaktionsbundet material erbjuder fler alternativ och tenderar därför att användas mer för högtemperaturarbeten och som ersättningsmaterial i applikationer med höga volymer.

Reaktionsbunden SiC tillverkas av ett poröst stålblock som infiltreras med kisel i ångfas för att bilda reaktiva b-SiC-partiklar som kombineras med befintliga a-SiC-korn till täta SiC-kroppar med lägre sintringstemperaturer och förbättrad brottseghet än direktsintrade versioner av detta material.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid har hög värmeledningsförmåga och korrosionsbeständighet, vilket gör det lämpligt för applikationer med höga temperaturer. Dessutom använder mekaniska tätningar ofta detta material på grund av dess hållbarhet och slitstyrka; temperaturer upp till 1400 grader Celsius resulterar inte i någon svaghet i dess styrka.

Värmeledningsförmågan hos sintrad kiselkarbid beror på både produktionsprocessen och tillsatserna, inklusive sintringsförhållandena och tillsatsernas beskaffenhet. Sintringsförhållandena påverkar strukturen hos det keramiska material som produceras, medan olika metoder resulterar i olika mikrostrukturer. Reaktionsbundna och direktsintrade former av kiselkarbid uppvisar andra böjhållfastheter, värmeutvidgningskoefficienter och kemiska beständighetsegenskaper än sina direktsintrade motsvarigheter.

Den sintrade sic-kvaliteten kan också bestämmas av sintringstemperatur och hjälpmedel, eftersom densitet och böjhållfasthet hos SiC beror på vilken typ av hjälpmedel som används; reaktionsbundet SiC ger god syra- och alkalibeständighet men förlorar i böjhållfasthet efter att ha nått 1000 grader Celsius.

Direktsintrad kiselkarbid har överlägsen böjhållfasthet, hög temperaturprestanda och låg expansionskoefficient. Konstruerad av a-SiC med hög renhet och additivpulver som sintrats i en vakuumugn, ger dess starka bindningar starkare vidhäftning än reaktionsbundna versioner och anses vara ett material av högsta kvalitet.

Motståndskraft mot korrosion

Kiselkarbid är ett av de hårdaste keramiska materialen och behåller sin hårdhet även vid höga temperaturer, vilket gör det idealiskt för högpresterande pumpdelar som tätningar. Dessutom erbjuder detta material mycket hög slitstyrka och bra korrosionsskydd; dessutom väger det hälften så mycket som stål, vilket gör det till ett både lätt och starkt materialval.

Sintrat SiC är praktiskt taget korrosionsbeständigt och visar stor motståndskraft mot syror (saltsyra, svavelsyra och salpetersyra), baser, lösningsmedel och alla former av oxiderande media - t.ex. luft. Dessutom gör materialets höga mekaniska motståndskraft det extremt motståndskraftigt mot mekaniska angrepp från partiklar eller slagg.

Böjhållfastheten hos polykarbonat är extremt hög och det tål temperaturer långt upp i tusentalet utan att spricka eller splittras. Dessutom gör den stora variationen av former och storlekar att den lämpar sig för många olika applikationer.

Reaktionsbunden och direktsintrad kiselkarbid är två primära former av sintrad kiselkarbid. Reaktionsbindning ger lägre kostnader med sin grova kornstruktur, men dess hårdhet förblir intakt även vid högre temperaturer och ger utmärkt slitstyrka och korrosionsbeständighet. Direktsintrad SiC är dyrare men har mycket finare korn och en extremt tät struktur för att motstå både höga temperaturer och mekaniska angrepp.

Korrosion av SiC är komplext och mycket varierande beroende på miljön. Studier i industriella ugnsmiljöer fungerar som bevisprov, medan ytterligare forskning måste slutföras för att fastställa långsiktiga korrosionstrender och förstå hur föroreningar, sintringshjälpmedel och korngränsfaser påverkar materialets beteende.

Styrka

Kiselkarbidkeramik är bland de hårdaste och mest kemiskt resistenta finkeramerna och har exceptionell värmebeständighet upp till 1400degC utan att förlora styrka eller visa tecken på försämrad styrka. På grund av denna egenskap används kiselkarbid i industriella applikationer som kräver glidande kontakt, t.ex. mekaniska tätningar och pumpkomponenter samt i utrustning för halvledarbearbetning och allmänna industriella maskindelar på grund av dess höga värmeledningsförmåga och halvledande egenskaper.

Sintrad kiselkarbid varierar kraftigt i hållfasthet beroende på tillverkningsmetod. Sintrade keramer som tillverkats genom trycklös och varm isostatisk pressning har högre hållfasthet än reaktionsbunden kiselkarbid; de senare har betydande mängder fri kiseldioxid eller andra föroreningar, vilket leder till minskad böjhållfasthet; de ger dock fortfarande god beständighet mot syra- och alkalilösningar, men tål kanske inte extrema temperaturer så bra.

Sintring av keramiskt pulver med borkarbid eller kol ökar dess hållfasthet, och denna process sker under en atmosfär av inert gas för att förhindra oxidation och främja partikeldiffusion, vilket leder till högre densitet och mer konsekventa hållfasthetsvärden. Böjhållfastheten hos Hexoloy SP SiC överstiger reaktionsbunden eller sintrad alfa sic och dess sfäriska porer bidrar till att öka vätske- eller smörjreservoaren mellan glidande komponenter för förbättrad prestanda under olika driftsförhållanden.