Vilka är tillämpningarna för SiC-plattor?

SiC-plåt är ett ovärderligt material som används i många industrier på grund av dess överlägsna hårdhet, styrka, värmeledningsförmåga och erosionsbeständighet.

Plattor av kiselkarbid ingår ofta i ballistiska skyddssystem som kroppsskydd för skydd mot kulor och splitter, men de finns också i säkerhetssköldar som används av poliser och säkerhetspersonal.

Hårdhet

Sic-plattan sticker ut bland keramiska material tack vare sin hårda yta, vilket gör den lämplig för beläggning av metallytor i olika industriella miljöer. Dessutom kan det också användas som isolatorer, kondensatorer och pumpar som behöver hög slitstyrka.

Materialet har hög brottseghet (6,8 MPa m0,5) och böjhållfasthet (490 MPa), vilket vittnar om dess motståndskraft och hållbarhet. Materialet tål extrema temperaturer och är samtidigt motståndskraftigt mot syror, alkalier och smälta salter; svarv- och fräsmöjligheterna gör materialet mycket mångsidigt - perfekt för en mängd olika industriella tillämpningar.

Kiselkarbid är ett av de hårdaste materialen, näst efter diamant och borkarbid när det gäller hårdhet. Dessutom har det en imponerande Young-modul (440 GPa), vilket visar på dess styvhet och motståndskraft mot deformation.

Hårdhetstestning av keramiska material kräver antingen Knoop eller Vickers diamantindentermetoder, där resultaten uttrycks som siffror som återspeglar djupet på de intryck som lämnas av en pålagd belastning. Belastningen kan mätas i kgf, gf och p, och det finns konverteringstabeller som hjälper till att konvertera mellan olika skalor. Det är viktigt att komma ihåg att metaller deformeras under mekanisk påfrestning medan keramer inte gör det och därför måste utföras på ytor som är fria från prepareringsartefakter för att få korrekta resultat.

Styrka

Kiselkarbidplattor är mycket motståndskraftiga och starka material med en enastående Mohs-hårdhetsgrad på 13, näst efter diamant och borkarbid. Deras överlägsna styrka gör att de kan motstå nötningsskador samt höga mekaniska spänningsnivåer, vilket gör dem lämpliga för applikationer som pansar och ballistiskt skydd, skärverktyg och mycket mer.

Sic-plattans styrka ökar ytterligare genom dess motståndskraft mot extrema temperaturer. Sic kan bibehålla sin styrka i miljöer med hög värme och används som keramiskt material i ugnsdelar och värmeelement för ugnar eller värmeelement i värmare eller pannor. Dessutom erbjuder det utmärkt kemisk beständighet i miljöer med syror eller alkalier, vilket gör det till ett utmärkt val för komponenter som utsätts för kemikalier som syror eller alkalier.

Sic-plattans fysikaliska egenskaper utvärderas med hjälp av olika tester, t.ex. CA- och SA-tester, för att fastställa dess motståndskraft mot slag och penetration. Resultaten jämförs sedan med liknande material för att bestämma dess hållfasthet. Böjhållfasthet och seghet hos prover av sic-plattor utvärderades också. Böjhållfastheten för prover med enhetliga lager och prover med gradvisa lager var liknande, medan prover med ren matris hade betydligt högre böjhållfasthet och seghet jämfört med prover med vätskefasesintrad SSiC (LpSSIC), även om LpSSIC-prover hade lägre intergranulär brottfrekvens än laminerade sic-plattor på grund av deras lagerstrukturer som störde överföringen av energivågor till matrislager.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbid utmärker sig bland andra slipmaterial genom att dess styrka och hårdhet förblir stabil vid höga temperaturer, tillsammans med dess motståndskraft mot kemisk korrosion, vilket gör den lämplig för industriella ugnar och utrustning samt pansartillverkning för höghastighetsprojektiler. Dess värmeledningsförmåga gör det också lämpligt att använda som skyddskläder mot brand eller explosion.

Även om SIC-plattor erbjuder många fördelar när det gäller värmeledningsförmåga kvarstår flera problem relaterade till dess värmeledningsförmåga. Dessa inkluderar diffusionens polarisationsberoende natur och mikrosprickor i deras inre pyrolytiska kolskikt (PIC). Mikrosprickor uppstår vid CVD-deponeringsprocessen och bildar porösa isolerande strukturer som minskar plattans totala värmeledningsförmåga.

För att lösa dessa problem har vi utvecklat en icke-destruktiv teknik som kallas icke-destruktiv termisk diffusivitet och termoreflektansmätning av SIC-plattor med icke-destruktiv termodynimisk överföring av dataregistrering med refraktometerradiometri (ns-TDTR). Denna teknik utnyttjar värmebilder och termoreflektansmetoder för att bedöma beläggningsskiktens temperaturer innan resultaten jämförs med transienta värmesimuleringar av identiska konfigurationer för att säkerställa korrekta, repeterbara mätningar.

Genom att tillämpa denna teknik upptäckte vi att SIS-partiklarnas värmeledningsförmåga inte berodde på var de befann sig i beläggningsstrukturen. Värmemotståndsvärden som uppmättes nära ett OPyC-lager var jämförbara med de som sågs i SiC-monoliter, vilket indikerar att gränssnittet inte är en viktig begränsande faktor för värmeledningsförmågan. Våra resultat visar också hur det är möjligt att på ett icke-destruktivt sätt karakterisera tunna keramiska beläggningsstrukturer i flera lager med detta tillvägagångssätt.

Motståndskraft mot korrosion

SiC-plattor är korrosionsbeständiga och temperaturtoleranta, vilket gör dem till ett utmärkt materialval för användning i komponenter som måste arbeta i tuffa miljöer, t.ex. skyddsbeläggningar, skärverktyg och andra högpresterande applikationer. Deras slitstyrka gör dem också lämpliga för applikationer som blästermunstycken och cyklonkomponenter.

Stanford Advanced Materials erbjuder ett urval av SiC-plåtprodukter, t.ex. direktsintrad alfa-kiselkarbid (SSiC). Denna keramik har utmärkt kemisk inertitet och motståndskraft mot syror och andra frätande ämnen; dessutom har den Mohs-hårdhet som bara överträffas av diamant och är vanligt förekommande i ugnar för användning vid sintring, glasproduktionsprocesser, ståltillverkning eller liknande högtemperaturapplikationer.

Korrosionstest på ett SiC3D/6061Al-kompositprov för att analysera dess korrosionsbeteende utfördes med hjälp av ett TESCAN MIRA3 fältemissions-scanningselektronmikroskop med energidispersiv röntgenspektrometer som medel. Bode-diagrammen i figur 9 visar hur den elektrokemiska reaktionen på ytan först ökade snabbt men så småningom avtog när korrosionsprodukter bildades på ytan.

Kärnan i korrosionen är kopparjoner som migrerar från sina respektive baser till gränsområdet mellan legering och komposit, där de lägger sig på dess oxidskikt och minskar korrosionspotentialen. Korrosionspotentialen i gränsområdet SiC3D/6061Al var lägre än den som uppmättes utan SiC3D-beläggningar, vilket ytterligare stöder denna hypotes.