Suorituskykyiset elektroniset järjestelmät vaativat komponentteja, joissa on täydellinen tasapaino kompaktin koon ja pitkäaikaisen luotettavuuden välillä, erityisesti silloin, kun fyysinen kuluminen voi olla ongelma. Tämä koskee erityisesti sovelluksia, joissa kuluminen on ongelma. Piikarbidi, jota yleisesti kutsutaan karborundumiksi, on yksi ainutlaatuisimmista teknisistä keraamisista materiaaleista. Toisin kuin useimmissa teknisissä keraamisissa materiaaleissa, sillä on suhteellisen suuri lujuus ja kovuus, mikä lisää hioma- ja hiomalaikkojen käyttöä, ja sitä käytetään myös tulenkestävänä materiaalina ja mekaanisten tiivisteiden osissa. Sitä on käytetty jo yli 100 vuotta pelkästään näissä tehtävissä!
Korkean lämpötilan lujuus
Piikarbidikeramiikka on yksi kevyimmistä ja kovimmista tällä hetkellä saatavilla olevista kehittyneistä keraamisista materiaaleista, jonka mekaaniset ominaisuudet pysyvät vakiona jopa 1400 celsiusasteeseen asti. Lisäksi SiC:llä on erinomaiset lämmönjohtavuusominaisuudet, se on haponkestävä ja sen lämpölaajeneminen on vähäistä - mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin käytettäväksi haastavissa ympäristöissä.
SiC on kovinta materiaalia, jota voidaan valaa joko harkoksi tai kiteeksi. SiC-rakeet valmistetaan sähkövastusuunissa piidioksidin ja hiilen välisestä sähkökemiallisesta reaktiosta, ja ne voidaan sitten jauhaa jauheeksi käytettäväksi hiomalaikoissa ja muissa hioma-aineissa. SiC:tä on tuotettu jo yli 100 vuoden ajan massatuotantona sekä jauheena että yksittäiskiteenä hiomalaikoissa ja muissa hioma-aineissa käytettäväksi; SiC on myös kovuudeltaan timanttia ja boorikarbidia parempi, kun taas muita tuotteita on valmistettu joko sintraamalla tai sulattamalla.
Elkem käyttää patentoitua prosessia korkealaatuisen SiC:n sekoittamiseen ja luokitteluun, minkä jälkeen se pakataan asiakkaan vaatimusten mukaisesti huipputason laitoksessamme, Elkem Processing Services (EPS). DuraShock, sitkeä ja kova boori-piikarbidi-keraaminen komposiittimme, tarjoaa erinomaisen ballistisen suojan huomattavasti pienemmällä tuotepainolla kuin panssariteräs- tai alumiinioksidipanssarointiratkaisut. Näin ollen polttoaineen kulutus ja kantama ovat pienemmät, mutta ballistinen suorituskyky on silti erinomainen ja ympäristö- ja kustannushyödyt ovat huomattavat. Tämä tarjoaa merkittäviä ympäristö- ja kustannusetuja verrattuna teräsvaihtoehtoihin.
Lämpöshokin kestävyys
Piikarbidi, jota yleisesti kutsutaan karborundumiksi, on erittäin kestävä kemiallinen yhdiste, joka on syntynyt piitä ja hiiltä yhdistämällä. Moissaniittia esiintyy luonnossa piikarbidin jalokivimuotona, mutta useimmiten sitä käytetään jauheena, jota käytetään sintraamalla koviksi keraamisiksi materiaaleiksi, joilla on monia sovelluksia, kuten hiekkapaperit, hiomalaikat ja leikkurit sekä kuluvat osat pumpuissa, rakettimoottoreissa, valodiodien puolijohdealustoissa jne.
Keraamisten materiaalien lämpöshokkikestävyydellä tarkoitetaan niiden kykyä sietää äkillisiä lämpötilan muutoksia ilman, että ne halkeilevat, murtuvat tai muuten vaurioituvat. Tämä ominaisuus saavutetaan eri keinoin, kuten pienellä laajenemiskertoimella ja korkealla lämmönkestävyydellä. Tietyt keraamiset materiaalit, kuten sulatettu piidioksidi ja kordieriitti, kestävät lämpöshokkeja erinomaisesti, kun taas toiset, kuten piidinitridit ja piioksikarbidi, ovat tässä suhteessa huonoja.
Hapettumisen kestävyys
Piikarbidikeramiikka kestää erinomaisesti hapettumista, joten se on täydellinen materiaali kemianteollisuuden ja prosessitekniikan sovelluksiin. Poikkeuksellisen kestävyytensä ansiosta ne voivat tehokkaasti erottaa syövyttävät nesteet ja kaasut kantajakaasuista ja ottaa samalla lämpöä talteen tapauksissa, joissa kemialliset reaktiot tuottavat korkeita prosessilämpötiloja ja suuria happo- tai emäspitoisuuksia.
Erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta - mukaan lukien korkea Vickersin kovuus ja murtumissitkeys, korkea lämmönjohtavuus ja alhainen lämpölaajenemisnopeus. Ne kestävät myös happo- ja lipeäpohjaisia ympäristöjä.
Kaikkea kaupallisesti myytävää piikarbidia ei pidä sekoittaa luonnolliseen moissanittiin, jota löytyy vain hyvin pieniä määriä meteoriittiesiintymistä ja korundiesiintymistä, kuten kimberliitistä. Kaikki kaupallisesti myytävä piikarbidi valmistetaan synteettisesti painesintraamalla jauhemaista piikarbidia alumiinioksidipohjaisten keraamisien komponenttien kanssa, jolloin muodostuu tiivistä materiaalia, jossa ei ole käytännössä lainkaan huokosia ja joka on erittäin luja ja murtumiskestävä.
Boorikarbidikeramiikkaa (B4C) valmistetaan samalla tavalla kuin SiC:tä. Submikronin kokoinen B4C-jauhe sintrataan yli 2 000 celsiusasteen lämpötiloissa ilman painetta (SSIC) tai korkeissa lämpötiloissa ja korkeassa paineessa (HPBC tai HIPBC), jolloin syntyy keramiikkaa, jolle on ominaista korkea Vickersin kovuus, erinomainen murtolujuus, kemiallinen stabiilisuus ja hapettumisenkestävyys korkeammissa lämpötiloissa - nämä ominaisuudet ovat yhteisiä SiC-keramiikan kanssa.
Kulutuksen kestävyys
Piikarbidikeraami on yksi kevyimmistä ja kovimmista kehittyneistä keraamisista materiaaleista, jolla on erinomainen korroosionkestävyys, kemiallinen vakaus ja lämpölaajenemisominaisuudet, joiden ansiosta se soveltuu dynaamisen tiivistystekniikan, pumppu- ja käyttöjärjestelmien, kemianteollisuuden prosessitekniikan sekä dynaamisen tiivistystekniikan sovelluksiin dynaamisiin tiivistyssovelluksiin. Metalleihin verrattuna piikarbidikomponentit tarjoavat moninkertaisen kulutuskestävyyden alhaisen kitkakertoimen ja kulutuskestävyysominaisuuksiensa ansiosta.
Piikarbidia on käytetty pitkään hioma-aineena ja teollisuusuunien materiaalina siitä lähtien, kun se otettiin käyttöön 1800-luvun lopulla. Lisäksi piikarbidia käytetään hiomapaperin, hiomalaikkojen, leikkuutyökalujen, hiomapaperin ja leikkuutyökalujen valmistuksen raaka-aineena sekä erinomaisena substraattina valodiodien (LED) valmistuksessa. Vaikka piikarbidia esiintyy luonnossa vain moissanitekiteinä, 1800-luvun lopusta lähtien on tuotettu laajamittaisesti jauhemaista ja kiteistä materiaalia kysynnän tyydyttämiseksi.
Piikarbidikeramiikan valmistuksessa käytetään kahta eri menetelmää, reaktioliimaus ja sintraus, jotka molemmat vaikuttavat eri tavalla lopulliseen mikrorakenteeseen. Reaktiosidottu piikarbidi valmistetaan infiltroimalla piikarbidin ja hiilen seoksista koostuvat tiivisteet nestemäisellä piillä, minkä jälkeen se reagoi hiilen kanssa kemiallisissa reaktioissa ennen sintrausta. Riippumatta siitä, kumpaa lähestymistapaa SiC:n valmistuksessa käytetään, molemmat vaihtoehdot tarjoavat poikkeuksellisen hyvän suorituskyvyn, erinomaisen eroosionkestävyyden, kulutuskestävyyden, alhaiset CTE-arvot ja vahvat haponkestävyysominaisuudet, joiden ansiosta ne ovat erinomaisia valintoja muun muassa ruiskutussuuttimiin, haulikkoruiskutussuuttimiin ja syklonikomponentteihin.