Piikarbidikeramiikka on kova keraaminen materiaali, joka sijoittuu Mohsin asteikolla alumiinioksidin ja timantin väliin. Reaktiivinen sintraus on yleisin prosessi suurikokoisten ja monimutkaisen muotoisten SiC-tuotteiden valmistukseen, mutta siihen liittyy useita haittoja, kuten suuri raaka-ainetarve, energiankulutus ja tuotantokustannukset.
Kovuus
Piikarbidi (SiC) on kova ja kemiallisesti kestävä yhdiste, joka koostuu hiilestä ja piistä tetraedrisessä rakenteessa. SiC:tä esiintyy luonnostaan moissaniittimineraalina, ja sitä on vuodesta 1893 lähtien tuotettu suurina yksittäisinä kiteinä tai jauheena käytettäväksi hioma-aineina tai muissa sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta kestävyyttä. SiC-keramiikka on oksidittomista keraamisista materiaaleista lämpötilalujuudeltaan korkein, ja sillä on erinomaiset taivutus- ja vetolujuusominaisuudet sekä korroosion- ja kulumiskestävyysominaisuudet.
Polykarbamidin suuri kovuus saavutetaan sen ainutlaatuisella tetraedrisen sidoksen rakenteella, jossa neljä piiatomia sitoutuu yhteen hiiliatomiin jokaisessa tetraedrissä - timanttirakenteen tapaan - ja jonka ansiosta Mohsin kovuusluokka on 9,5.
Kovuutensa ja kemiallisen kestävyytensä ansiosta keramiikka on houkutteleva materiaali moniin teollisiin käyttötarkoituksiin. Sitä käytetään koneenrakennuksessa, laitostekniikassa ja prosessitekniikassa hioma-aineena, leikkaustyökaluna ja tulenkestävänä aineena. Lisäksi keraamisella on erinomaiset korroosion- ja kulutuskestävyysominaisuudet, ja se on kevyt sekä kemiallisesti kestävä.
Piikarbidia voidaan työstää vihreässä, keksimäisessä tai täysin tiivistyneessä tilassa monimutkaisten geometrioiden muodostamiseksi. Täysin sintratun piikarbidin kutistumisnopeus on noin 20%, joten tämän materiaalin työstössä on noudatettava tiukkoja toleransseja; tarkkoja työstötoimenpiteitä varten suositellaan timanttityökaluja. Piikarbidia on kahta lajiketta - alfa- ja beetapiikarbidia.
Korroosionkestävyys
Piikarbidikeramiikan kemiallisen vakauden korkeissa lämpötiloissa ja alhaisen lämpölaajenemiskertoimen ansiosta piikarbidikeramiikkaa on jo pitkään käytetty tärkeänä materiaalina tulenkestävissä sovelluksissa. Sen erinomainen kemiallinen ja terminen stabiilisuus tekee siitä käyttökelpoisen esimerkiksi polttimien suuttimissa, suihku- ja liekkiputkissa polttotiloissa äärimmäisissä olosuhteissa sekä savukaasujen rikinpoistolaitoksissa. Lisäksi piikarbidikeramiikka on merkittävässä asemassa myös metallurgisissa käyttökohteissa - sillä on olennainen osa hunajakennokeraamisten suodattimien valmistuksessa, joilla suodatetaan dieselmoottoreiden pakokaasupäästöissä esiintyviä voimakkaita happo- ja emäksiseoksia.
Piikarbidin yhdistelmä suurta kovuutta, kemiallista kestävyyttä ja tiettyä sitkeyttä tekevät siitä erinomaisen materiaalin lasin, keramiikan, kiven ja valuraudan käsittelyyn tarkoitettujen sidottujen ja päällystettyjen hioma-aineiden sekä vapaiden hiomatyökalujen ja hiomalaikkasarjojen valmistukseen. Lisäksi piikarbidi on olennainen materiaali keraamisissa matriisikomposiiteissa (CMC), jotka parantavat ilmailu- ja avaruussovelluksia, kuten turbiinimoottoreita, lisäämällä suorituskykyä ja vähentämällä painoa ja ympäristöhaittoja.
Reaktiosidottu SiC valmistetaan infiltroimalla tiivisteisiin, jotka sisältävät puhtaan SiC-jauheen seoksia, nestemäistä piitä ja hiiltä, jotka reagoivat keskenään muodostaen lisää SiC:tä, joka sitoo alkuperäiset tiivisteet. Sintraus on keraaminen muotoilumenetelmä, jolla tuotetaan tehokkaasti suurikokoisia ja monimutkaisen muotoisia piikarbidikomponentteja; molempia tyyppejä käytetään usein muun muassa autoteollisuudessa, elektroniikassa ja energia-alalla.
Lämmönjohtavuus
Piikarbidikeramiikka on poikkeuksellisen suorituskykyinen tulenkestävä keraaminen materiaali, jota käytetään useissa teollisissa sovelluksissa. Korkean lämmönjohtavuutensa, alhaisen lämpölaajenemisnopeutensa ja erinomaisen kemiallisen korroosionkestävyytensä ansiosta SiC on ihanteellinen materiaalivalinta käytettäväksi uunien hyllyissä, uunien polttimissa, turbiinimoottoreissa ja kemikaalien käsittelylaitteissa.
Tulenkestävän keramiikan valmistuksessa käytetään useita tapoja tuottaa SiC-jauheita, joiden puhtausasteet, kiderakenteet, hiukkaskoot ja muodot vaihtelevat, mikä tekee materiaalista yhden markkinoiden joustavimmista. Teollisessa tuotannossa näistä jauheista muotoillaan sitten tuotteita, kuten kuumapuristettuja eristeitä tai tulenkestäviä harkkoja, joita käytetään edelleen teollisuuden valmistusprosesseissa.
SiC:tä käytetään myös ilmailu- ja avaruussovelluksissa käytettävien keraamisien matriisikomposiittien (CMC) valmistuksessa, mikä mahdollistaa kevyemmät komponentit, jotka vähentävät polttoaineen kulutusta ja parantavat samalla suorituskykyä ja luotettavuutta.
Kuivilla näytteillä suoritetuissa lämmönjohtavuusmittauksissa on tyypillisesti l = f(tiheys) -vaihtelufunktio, jossa on käännepiste niiden luonnollisen tiheysarvon kasvaessa, mutta kun ne testataan sen jälkeen, kun ne on altistettu kosteudelle ilmastoimalla Angelantoni Challenge CH250:llä 23 °C +- (23/0,3) asteen lämpötilassa ja 50% RH:n lämpötilassa, kosteus vaikuttaa valtavasti lämmönjohtavuuteen, mikä johtuu erilaisilla kiderakenteilla varustettujen SiC:n polymorfien muodostumisesta, kuten alfa-SiC:n heksagonaalisesta kiderakenteesta tai beta-modifioidun sinkkiseoksen kiderakenteesta.
Kulutuskestävyys
Piikarbidikeramiikka on kovuutensa ja lujuutensa ansiosta ihanteellinen materiaali teollisiin sovelluksiin, kuten hioma-aineisiin, tulenkestäviin aineisiin, kemialliseen prosessointiin, energiantuotantoon, korroosionkestävyyteen ja laakereihin/mekaanisiin tiivistesovelluksiin. Korroosionkestävyytensä ansiosta ne soveltuvat erinomaisesti lämmönvaihtimiin ankarissa ympäristöissä, kuten savukaasujen rikinpoistolaitoksissa, kun taas nestepohjaisten sovellustensa ansiosta ne ovat täydellinen materiaalivalinta nestepohjaisten järjestelmien laakereihin/mekaanisiin tiivisteisiin/laakereihin/mekaanisiin tiivisteisiin.
Piikarbidi syntetisoitiin ensimmäisen kerran synteettisesti ja Acheson patentoi sen vuonna 1897. Tuotantomenetelmiin kuuluvat sublimaatiokarboterminen pelkistäminen (Achesonin prosessi), polymeerien muuntaminen ja kaasufaasikemialliset reaktiot. Tuotantomenetelmästä riippuen piikarbidilla voi olla erilaisia puhtausasteita, kiderakenteita, hiukkaskokoja, muotoja, jakaumia ja jakaumia.
Kovuutensa ja kemiallisen stabiilisuutensa ansiosta piikarbidikeramiikkaa käytetään laajalti hiovissa työstöprosesseissa, kuten hionnassa, hoonauksessa ja vesisuihkuleikkauksessa. Lisäksi tämä materiaali toimii erinomaisena hioma-aineena kivelle, lasille, valuraudalle ja tietyille ei-rautametalleille, kuten ei-rautametalliseoksille; lisäksi sitä käytetään usein lapidary-työssä kestävyytensä ja kustannustehokkuutensa vuoksi. Piikarbidin korroosionkestävien ominaisuuksien ansiosta sitä voidaan käyttää erilaisissa tulenkestävissä sovelluksissa, kuten keraamisten tuotteiden polttouuneissa käytettävissä irtolevyissä ja notkistimissa sekä pystysylinteritislausuuneissa, joita käytetään sinkin sulatuksessa. Lisäksi tämä materiaali on todettu käyttökelpoiseksi alumiinielektrolyyttikennojen, upokkaiden ja uunimateriaalien vuorausmateriaaliksi.
Finnish 
English 
Danish 
Hungarian 
Norwegian 
Dutch 
Swedish