Siliciumcarbid-keramik: Hjørnestenen i højeffektselektronik

Højtydende elektroniske systemer kræver komponenter med den perfekte balance mellem kompakt størrelse og langvarig pålidelighed, især hvor fysisk slitage kan være et problem. Dette er især relevant for anvendelser, hvor slitage er et problem. Siliciumcarbid, ofte kaldet Carborundum, er et af de mere unikke tekniske keramiske materialer. I modsætning til de fleste tekniske keramiske materialer har det en relativt høj styrke og hårdhed, som gør det velegnet til slibning og slibeskiver samt til ildfaste dele og mekaniske tætninger. Det har været brugt i mere end 100 år alene til disse formål!

Styrke ved høje temperaturer

Siliciumcarbidkeramik er et af de letteste og hårdeste avancerede keramiske materialer, der findes i øjeblikket, og har mekaniske egenskaber, der forbliver konstante op til 1400 grader Celsius. Desuden har SiC gode varmeledningsegenskaber, samtidig med at det er syrefast og har lav varmeudvidelse - hvilket gør det til et ideelt materiale til brug i udfordrende miljøer.

SiC er det hårdeste materiale, der kan støbes som enten barrer eller krystaller. SiC fremstilles ved en elektrokemisk reaktion mellem silica og kulstof i elektriske modstandsovne, og SiC-granulat kan derefter males til pulver til brug i slibeskiver og andre slibemidler. Masseproduktion har fundet sted både som pulver og enkeltkrystal i over 100 år - der produceres SiC til brug i slibeskiver og andre slibemidler; SiC overgår også diamant og borcarbid med hensyn til hårdhed - mens der produceres andre produkter gennem enten sintrings- eller smelteprocesser.

Elkem anvender en patenteret proces til at blande og klassificere SiC af høj kvalitet og derefter pakke det i henhold til kundens specifikationer i vores topmoderne anlæg, Elkem Processing Services (EPS). DuraShock, vores seje og hårde keramiske komposit af bor-siliciumcarbid, giver fremragende ballistisk beskyttelse med en betydeligt lavere produktvægt end pansrede stål- eller aluminiumoxidløsninger, hvilket resulterer i lavere brændstofforbrug og rækkevidde, mens der stadig opnås fremragende ballistisk ydeevne med betydelige miljø- og omkostningsfordele - hvilket giver betydelige miljømæssige og økonomiske fordele i forhold til alternativer som pansrede stål- eller aluminiumoxidløsninger. Dette giver betydelige miljø- og omkostningsfordele i forhold til deres modstykker af stål

Modstandsdygtighed over for termisk stød

Siliciumcarbid, ofte kaldet Carborundum, er blevet en ekstremt holdbar kemisk forbindelse, der er skabt ved at binde silicium og kulstof. Moissanite forekommer naturligt som en ædelstensform af siliciumkarbid, men ses oftest i pulverform, der bruges til sintring af hårde keramiske materialer, som har mange anvendelsesmuligheder, f.eks. sandpapir, slibeskiver og skæreværktøjer - samt sliddele i pumper, raketmotorer, halvledersubstrater til lysdioder osv.

Keramiske materialers modstandsdygtighed over for termisk chok refererer til deres evne til at tolerere pludselige temperaturændringer uden at revne, splintre eller på anden måde blive beskadiget. Denne egenskab opnås på forskellige måder, herunder lav udvidelseskoefficient og høj varmeudholdenhed. Visse keramiske materialer som f.eks. smeltet silica og cordierit har en fremragende modstandsdygtighed over for termisk chok, mens andre som f.eks. siliciumnitrider og siliciumoxycarbid udviser dårlige resultater i denne henseende.

Modstandsdygtighed over for oxidering

Siliciumcarbidkeramik har en fremragende modstandsdygtighed over for oxidation, hvilket gør dem til det perfekte materiale til brug i den kemiske industri og i procestekniske anvendelser. Deres enestående modstandsdygtighed gør, at de effektivt kan adskille ætsende væsker og gasser fra bærende gasser og samtidig genvinde varme i tilfælde, hvor kemiske reaktioner skaber høje procestemperaturer og store koncentrationer af syrer eller baser.

På grund af deres fremragende mekaniske egenskaber - herunder høj Vickers-hårdhed og brudstyrke, høj varmeledningsevne og lave varmeudvidelseshastigheder. De er også modstandsdygtige over for syre- og ludbaserede miljøer.

Ikke at forveksle med naturlig moissanit, som kun findes i meget små mængder i meteoritforekomster og korundforekomster som kimberlit, er alt siliciumcarbid, der sælges kommercielt, syntetisk fremstillet ved tryksintring af pulveriseret siliciumcarbid med aluminiumoxidbaserede keramiske komponenter for at danne et tæt materiale, der stort set ikke har nogen porer og har høj styrke og brudsejhed.

Borcarbidkeramik (B4C) fremstilles på samme måde som SiC. Submikron B4C-pulver sintres ved temperaturer på over 2.000 grader uden tryk (SSIC) eller under høje temperaturer og tryk (HPBC eller HIPBC) og producerer keramik, der er kendetegnet ved høj Vickers-hårdhed, fremragende brudstyrke og kemisk stabilitet og modstandsdygtighed over for oxidation ved høje temperaturer - egenskaber, der deles med SiC-keramik.

Modstandsdygtighed over for slid

Siliciumcarbidkeramik er et af de letteste og hårdeste avancerede keramiske materialer med enestående korrosionsbestandighed, kemisk stabilitet og varmeudvidelsesegenskaber, der gør det velegnet til anvendelser inden for dynamisk tætningsteknologi, pumpe- og drivsystemer, procesteknik i den kemiske industri samt dynamisk tætningsteknologi til dynamiske tætningsopgaver. Sammenlignet med metaller har siliciumcarbidkomponenter flere gange større slidstyrke på grund af deres lave friktionskoefficient og slidstyrkeegenskaber.

Siliciumcarbid har længe været brugt som slibemiddel og materiale til industriovne, siden det blev introduceret i slutningen af det 19. århundrede. Desuden fungerer siliciumcarbid som råmateriale til produktion af sandpapir samt slibeskiver, skæreværktøjer, sandpapir og skæreværktøjer - og er desuden et fremragende substrat til lysdioder (LED). Selvom siliciumcarbid kun forekommer naturligt som moissanitkrystaller, har der siden slutningen af det 19. århundrede været en storstilet produktion af pulver- og krystalformer for at imødekomme efterspørgslen.

Reaktionsbinding og sintring er de to metoder til fremstilling af siliciumcarbidkeramik, som hver især påvirker den endelige mikrostruktur forskelligt. Reaktionsbundet SiC fremstilles ved at infiltrere kompakter bestående af blandinger af SiC og kulstof med flydende silicium, før det reagerer med kulstof gennem kemiske reaktioner, inden det sintres til form. Uanset hvilken metode der anvendes til at fremstille SiC, har begge varianter en enestående ydeevne med fremragende modstandsdygtighed over for erosion, slidstyrke, lave CTE-værdier og stærk syrebestandighed, hvilket gør dem til fremragende valg til sprøjtedyser, sandblæsningsdyser og cyklonkomponenter blandt mange andre.

da_DKDanish
Rul til toppen