Piikarbidipalkki

Piikarbidipalkilla on korkea lujuus ja virumiskestävyys korkeissa lämpötiloissa, ja se kestää hapettumista ja korroosiota, minkä vuoksi se on ihanteellinen materiaali tunneliuuneissa, vaihtouuneissa ja kaksikerrosrullauuneissa käytettäviin kantaviin sovelluksiin.

Tässä tutkimuksessa tutkitaan, miten 4H-SiC XBPM:t reagoivat fotonivirran vaihteluihin. Niiden paikallista varauksenkeräystehokkuutta (CCE) arvioidaan vertaamalla niiden virtausvastetta STIM-ilmaisimen vertailuvasteeseen.

Korkean lämpötilan lujuus

Piikarbidi on ihanteellinen materiaali korkeissa lämpötiloissa kuormitusta kantaviin sovelluksiin, sillä sillä on sitkeät mutta joustavat ominaisuudet ja tasainen lämpötilalujuus pitkäaikaisissa kuormituksissa, mikä tekee siitä täydellisen materiaalivalinnan käytettäväksi uunikalusteissa tai muissa teollisuusrakenteissa. IPS Ceramicsilla tarjoamme monenlaisia piikarbidituotteita, mukaan lukien palkit, levyt ja rullat, jotka on valmistettu tiukkojen mittatoleranssien mukaisesti ja jotka soveltuvat käytettäväksi monissa vaativissa ympäristöissä.

Näiden materiaalien lujuus perustuu niiden erittäin hyvään kulutuskestävyyteen ja erinomaiseen väsymiskestävyyteen, minkä ansiosta ne soveltuvat erinomaisesti vaativiin sovelluksiin, kuten korkeajännitteiseen sähköposliiniin ja saniteettiposliiniin. Lisäksi näillä materiaaleilla on erinomainen kemiallinen stabiilisuus.

Näillä materiaaleilla on myös erinomainen korroosionkestävyys, mikä tekee niistä hyvän vaihtoehdon käytettäväksi vaativissa ympäristöissä. Lisäksi nämä materiaalit kestävät aggressiivisia kemikaaleja ja kaasuja korkeissa lämpötiloissa ilman, että niiden pinta heikkenee merkittävästi verrattuna muihin rakennemateriaaleihin. Lopuksi, happirikkaat ympäristöt korkeissa lämpötiloissa eivät myöskään muodosta suurta haastetta!

Yksi piikarbidin korkean lämpötilan suorituskyvyn tärkeimmistä ominaisuuksista on sen alhainen lämpölaajenemiskerroin. Tämän ansiosta se kestää nopeita lämpötilan muutoksia ilman, että sen mekaaninen suorituskyky heikkenee merkittävästi, joten se soveltuu tilanteisiin, joissa laitteet altistuvat vaihteleville lämpötiloille.

Piikarbidi on laajalti tunnettu vahvasta hapettumiskestävyydestään. Tämä ominaisuus johtuu sen ainutlaatuisesta koostumuksesta, joka tekee siitä erittäin vastustuskykyisen eroosiota ja kulutusta vastaan. Lisäksi piikarbidilla on suhteellisen korkea sulamispiste ja se on myrkytön materiaali.

Piikarbidi, kova ja tulenkestävä puolijohdemateriaali, koostuu pinoutuneista Si4C-tetraedereistä, jotka ovat kuutiomaisia, kuusikulmaisia tai romboedrisiä riippuen niiden pinoamisjärjestyksestä. Luonnossa esiintyviä rakenteita ovat sinkkiblendi (B3), 3C ja heksagonaalinen wurtziittirakenteinen 6H-polytyyppi, kun taas piikarbidin teolliset muodot ovat yleensä beta (b) SiC-kuutiorakenteisia. Kokeellisesti on todettu, että läsnä voi olla muitakin faaseja; kokeellisesti voi esiintyä molempia tyyppejä.

Korroosionkestävyys

Piikarbidi erottuu materiaalien joukosta sekä lujuutensa ja kulutuskestävyytensä että korroosionkestävyytensä ansiosta, sillä se kestää happoja ja emäksiä vahingoittumatta niistä. Tämän korroosionkestävyyden ansiosta sitä on sovellettu laajasti useilla teollisuudenaloilla, kuten kaivosteollisuudessa. Esimerkiksi hiilikaivoksissa, joissa vesi- ja ilma-altistus on usein suurta, se on osoittautunut hyödylliseksi materiaaliksi, joka kestää ilmaa, lämpöä, mekaanisia rasituksia sekä lämpölaajenemisen vaihteluita, kun taas säteilyvaurioiden kestävyys tekee siitä houkuttelevan materiaalivalinnan ydinreaktoreissa, joissa ydinreaktoreiden on kestettävä korkeita lämpötiloja ja samalla kestettävä ydinreaktoreiden aiheuttamat säteilyvauriot.

Keraamisten ja uunikalusteiden valmistussovellusten materiaalivalikoimaan kuuluu ruostumaton teräs. Sen korkeat lämpötilat ja korroosionkestävyys ovat erityisen hyödyllisiä tehoelektroniikan sovelluksissa, ja sen lämpöshokkien kestävyys ja lujuus korkeissa lämpötiloissa ovat myös eduksi. Ruostumaton teräs pystyy lisäksi ottamaan vastaan suuria määriä energiaa ilman, että se muuttuu; sen taivutuslujuus onkin vertaistensa joukossa ylivoimainen, 250 MPa (MPa on yksi yksikkö neliömetriä kohti).

Piikarbidi on hiilipitoinen materiaali, joka koostuu piistä ja hiilestä. Se muodostaa tiiviitä kiderakenteita, joissa sen atomit ovat kovalenttisesti sidoksissa toisiinsa; primaarikoordinaatiotetraedereissä on kussakin neljä pii- ja neljä hiiliatomia. Kun ne liittyvät toisiinsa kulmiensa kautta ja pinoutuvat toisiinsa, ne muodostavat piikarbidin monityyppejä.

Piikarbidin erinomainen hapettumiskestävyys jopa 1500 celsiusasteen lämpötilassa johtuu useista pii-hiiliatomeista, jotka estävät happea tunkeutumasta sen rakenteeseen, sekä sen suuresta kovuudesta ja jäykkyydestä. Korroosionkestävyyttä parantavat lisäksi sen suuri kovuus ja jäykkyys.

Tässä tutkimuksessa erilaisille CVD-SiC-näytteille, joiden puhtaus, kiteisyys ja stoikiometrinen suhde vaihtelivat, tehtiin hydroterminen korroosiotesti. Tulokset osoittivat, että näiden materiaalien korroosionkestävyys riippui suuresti valmistusolosuhteista, raakakaasutyypistä, synteesilämpötilasta ja eroosionopeudesta niiden korroosiomediumissa; myös eroosio lisääntyi vetypitoisuuden kasvaessa.

Hyvä lämmönjohtavuus

Lämmön haihduttaminen on elektronisten laitteiden kannalta keskeistä, ja tällaisten järjestelmien vikaantuminen voi johtaa sen riittämättömään vapautumiseen. Piikarbidi (SiC) on ihanteellinen materiaali näihin sovelluksiin sen erinomaisen lämmönjohtavuuden, vakauden ja alhaisen lämpötilalaajenemiskertoimen ansiosta. SiC:n lämmönsiirtokyky riippuu kuitenkin suuresti sekä sen kidefaasista että käyttöympäristöstä. Illinoisin yliopiston Urbana-Champaignin tutkijat ovat ratkaisseet pitkään jatkuneen arvoituksen siitä, miksi kuutiomaisen piikarbidin (3C-SiC) bulkkikiteiden lämmönjohtavuusmittaukset ovat alhaisemmat kuin kuusikulmaisen faasin SiC-polytyypin (6H-SiC). He havaitsivat, että 3C-SiC-kiteet sisälsivät merkittäviä boorin epäpuhtauksia, jotka johtivat resonanssifononien sirontaan, mikä laski lämmönjohtavuutta huomattavasti.

Tällä löydöksellä on vaikutuksia useisiin ionisäteilyn säteily-ympäristöihin, ja se on olennainen askel kehitettäessä SiC-antureita, jotka pystyvät toimimaan vaikeissa olosuhteissa. Ruder Boskovic -instituutin ionimikrosondikammion avulla tutkijat tutkivat, miten lämpötila vaikuttaa SiC-kalvoantureiden protonien aiheuttamiin varauksensiirto-ominaisuuksiin; tämän lähestymistavan avulla he pystyivät tutkimaan pieniä alueita kussakin anturissa, jotta paikallisia vaikutuksia voitiin arvioida yhden laitteen sisällä ja minimoida laitteesta toiseen tapahtuvien vaihteluiden aiheuttamat epävarmuudet.

Reaktiosidoksissa olevilla piikarbidipalkeilla on erittäin suuri korkean lämpötilan kantavuus ja pitkä käyttöikä ilman muodonmuutoksia, joten ne ovat ihanteellisia uunikalusteita esimerkiksi terveysposliinin, sähköposliinin ja muiden korkean lämpötilan teollisuudenalojen käyttöön. Näillä palkeilla voidaan säästää energiaa lisäämättä autouunien painoa, ja ne ovat myös täydellisiä kantavia rakenteita tunneliuuneissa tai vaihtouuneissa.

piikarbidipalkki valmistetaan liukuvalamalla käyttäen kehittynyttä sintraustekniikkaa ja poikkeuksellista viimeistelyvalmiutta, jolloin saadaan aikaan palkit, joilla on eri poikkileikkaukset, seinämänpaksuudet ja pituudet asiakkaan vaatimusten mukaisesti. Niiden vertaansa vailla oleva viimeistelykyky tarkoittaa myös sitä, että tavanomaiset uunien ilmakehät eivät vaikuta niihin, joten niitä voidaan käyttää useissa teollisuusuuneissa - tunneliuuneissa, vaihtouuneissa ja kaksikerrosrullauuneissa, jotka soveltuvat erityisen hyvin. Niiden suuri taivutuslujuus tarkoittaa, että ne pystyvät tukemaan raskaitakin kantavia rakenteita taipumatta tai muodonmuutoksia aiheuttamatta uunivaunujen muodonmuutoksia ilman, että ne itse muuttuvat muodonmuutoksiksi!

Hyvä hapettumiskestävyys

Piikarbidi (SiC) on ihanteellinen materiaali korkean lämpötilan rakennesovelluksiin sen erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ja hapettumiskestävyyden ansiosta, minkä vuoksi se soveltuu suurikokoisten tai monimutkaisen muotoisten piikarbidikomponenttien valmistukseen. Valitettavasti näiden SiC-komponenttien valmistukseen liittyy kuitenkin ainutlaatuisia haasteita. Näihin haasteisiin kuuluvat korkeat kustannukset, vaikeus saada puhtaita yksikiteisiä näytteitä ja epäkäytännölliset valmistusmenetelmät. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli analysoida SiC-grafiittikomposiittien hapettumiskäyttäytymistä käyttämällä polyfenyylikarbosilaania (PPCS) pinnoitemateriaalina. Näiden materiaalien hapettumiskäyttäytyminen määräytyy niiden hiilipitoisuuksien ja kiteytymiskinetiikan perusteella. Lisäksi hiilimatriisin hapettumiskestävyyttä tutkittiin röntgendiffraktiotutkimusten avulla, kun taas niiden oksidien muodostumismekanismia tutkitaan tarkemmin.

Tulokset osoittavat, että PPCS-pinnoitettu grafiitti kestää erinomaisesti hapettumista korkeissa lämpötiloissa. Hiilipitoisuuden kasvaessa sen kestävyys paranee PPCS:n ja hiilimatriisin hiukkasten välisen kemiallisen sidoksen ansiosta; lisäksi se on pintarakenteesta johtuvien vaikutusten vuoksi myös kuonahyökkäyksenkestävämpi kuin päällystämätön grafiitti; näin ollen kestävyyden paraneminen liittyy pinta-alan kasvuun.

IPS Ceramics tarjoaa täydellisen valikoiman piikarbidituotteita, mukaan lukien rakeet, tangot ja tangot, jotka on valmistettu tiukkojen mittatoleranssien mukaisesti, jotta ne olisivat mahdollisimman lujia korkeissa lämpötiloissa ja niillä olisi erinomainen virumis- ja korroosionkestävyys - ominaisuudet, joiden ansiosta IPS Ceramicsin tuotteet soveltuvat erinomaisesti vaativiin sovelluksiin.

Reaktiosidotun piikarbidin (RBSiC) poikkipalkit tarjoavat suuremman lujuuden ilman muodonmuutoksia erittäin korkeissa lämpötiloissa ja pitkän käyttöiän, minkä ansiosta ne soveltuvat tunneliuunien, vaihtouunien ja kaksikerroksisten rullauunien runkojen kantaviin rakenteisiin. Lisäksi RBSiC:n lämmönjohtavuus auttaa säästämään energiaa.

Paineistetun vesireaktorin kannalta merkityksellisissä kemiallisissa olosuhteissa ilman säteilytystä tutkittiin neljää erityyppistä metallisidottua SiC-levyä niiden hapettumiskäyttäytymisen osalta paineistetun vesireaktorin kannalta merkityksellisissä olosuhteissa. Diffuusioliitokset osoittivat parempaa hapettumiskestävyyttä kuin molybdeeni- tai titaanidiffuusioliitokset, ja SiC-nanopulverisintrattujen liitosten korroosionkestävyys oli huomattavasti parempi kuin diffuusioliitosten.