a szilícium-karbid kerámia hatása az ipari alkalmazásokra

A szilícium-karbid kerámia egy kemény kerámiaanyag, amely a Mohs-skálán a timföld és a gyémánt között helyezkedik el. A reaktív szinterezés a legmegfelelőbb eljárás a nagy méretű és összetett alakú SiC-termékek előállítására, ugyanakkor számos hátránya van, többek között a magas nyersanyagigény, az energiafogyasztás és a gyártási költségek.

Keménység

A szilíciumkarbid (SiC) kemény és kémiailag ellenálló vegyület, amely szénből és szilíciumból áll tetraéderes szerkezetben. A moissanit ásványként természetesen megtalálható, a SiC-et 1893 óta állítják elő nagyméretű egykristályok vagy por formájában, hogy csiszolóanyagként vagy más, nagy ellenállóképességet igénylő alkalmazásokban használják. A SiC-kerámia a nem oxidkerámia anyagok közül a legmagasabb hőmérsékleti szilárdsággal, valamint kiváló hajlítási, szakítószilárdsági, korrózió- és kopásállósági tulajdonságokkal büszkélkedhet.

A polikarbamid nagy keménysége egyedülálló tetraéderes kötésszerkezetének köszönhetően érhető el, mivel minden tetraéderben négy szilíciumatom kötődik egy szénatomhoz - hasonlóan a gyémánt szerkezetéhez -, ami a 9,5 Mohs-féle keménységi osztályzatot eredményezi.

Keménységének és vegyi ellenállásának köszönhetően a kerámia számos ipari felhasználási terület számára vonzó anyag. A gépészetben, az üzemmérnöki és a folyamattechnikában csiszolóanyagként, vágószerszámként és tűzálló anyagként alkalmazzák. Továbbá a kerámia kiváló korrózió- és kopásállósági tulajdonságokkal rendelkezik, miközben könnyű, és univerzális vegyszerállósági tulajdonságokkal rendelkezik.

A szilíciumkarbid megmunkálható zöld, kekszes vagy teljesen tömörített állapotban, hogy összetett geometriákat alakítson ki. A teljesen szinterezett szilíciumkarbid zsugorodási sebessége megközelítőleg 20%, ezért az anyag megmunkálásakor a tűréshatároknak szorosnak kell lenniük; a pontos megmunkálási műveletekhez gyémánt szerszámok használata ajánlott. A szilíciumkarbidnak két fajtája van - alfa- és béta-szilíciumkarbid.

Korrózióállóság

A szilícium-karbid kerámia kémiai stabilitása magas hőmérsékleten és az alacsony hőtágulási együttható miatt a szilícium-karbid kerámiát régóta alapvető anyagként használják a tűzálló alkalmazásokban. Kiváló kémiai és termikus stabilitása miatt például az égőfúvókákban, a sugár- és lángcsövekben extrém körülmények között működő égéstermekben, valamint a füstgázok kéntelenítését végző üzemekben is jól használható. A szilíciumkarbid-kerámia emellett a kohászati felhasználások között is kiemelkedő szerepet játszik - alapvető szerepet játszik a dízelmotorok kipufogógáz-kibocsátásában található erős savas/lúgos keverékek szűrésére szolgáló méhsejtkerámia szűrők gyártásában.

A szilíciumkarbidot a nagy keménység, a vegyi ellenállás és a bizonyos szívósság kombinációja teszi kiváló anyaggá az üveg, kerámia, kő és öntöttvas megmunkálásához használt kötött és bevont csiszolóanyagok, valamint szabad csiszolószerszámok és korongkészletek gyártásához. A szilíciumkarbid emellett szerves anyagként szolgál a kerámia mátrixú kompozitokban (CMC), amelyek a teljesítmény növelésével, a súly és a környezeti ártalmak csökkentése mellett javítják az űrhajózási alkalmazásokat, például a turbinamotorokat.

A reakciókötésű SiC úgy készül, hogy a tiszta SiC por keverékét tartalmazó tömörítményekbe folyékony szilíciumot és szenet juttatnak, amelyek reakcióba lépnek egymással, és így több SiC keletkezik, ami a kezdeti tömörítményekhez kötődik. A szinterezés egy kerámiaformázási módszer, amely nagy méretű és összetett alakú szilíciumkarbid alkatrészeket állít elő hatékonyan; mindkét típust gyakran használják az iparágakban, többek között az autóiparban, az elektronikai és az energiaiparban.

Hővezető képesség

A szilícium-karbid kerámia egy kivételes, nagy teljesítményű tűzálló kerámia anyag, amelyet különböző ipari alkalmazásokban használnak. Nagy hővezető képessége, alacsony hőtágulási sebessége és kiváló kémiai korrózióállósági tulajdonságai miatt a SiC ideális anyagválasztás kemencék polcain, kemenceégőkben, turbinamotorokban és vegyipari berendezésekben való felhasználásra.

A tűzálló kerámiák gyártása számos lehetőséget használ a SiC porok előállítására különböző tisztasági szintekkel, kristályszerkezetekkel, szemcseméretekkel és alakzatokkal - így az anyag az egyik legrugalmasabb a piacon elérhető anyagok közül. Az ipari gyártás ezt követően ezeket a porokat olyan termékekké alakítja, mint a melegen sajtolt szigetelők vagy tűzálló tömbök, amelyeket az ipari gyártási folyamatokban tovább használnak.

A SiC-t a repülőgépiparban használt kerámia mátrixú kompozitok (CMC) gyártásánál is használják, ami könnyebb alkatrészeket tesz lehetővé, amelyek csökkentik az üzemanyag-fogyasztást, miközben javítják a teljesítményt és a megbízhatóságot.

A száraz mintákon végzett hővezetési mérések jellemzően egy l = f(sűrűség) változó függvényt mutatnak, amely a természetes sűrűség értékének növekedésével egy inflexiós ponttal rendelkezik, de amikor a nedvességnek kitett mintákon végzett vizsgálatokat az Angelantoni Challenge CH250 termékkel 23 °C +- (23/0,3) fokon és 50% RH-on történő kondicionálással végzik, a nedvességnek óriási hatása van a hővezetési képességre a különböző kristályszerkezetű SiC polimorfok kialakulása miatt, mint például az alfa SiC hexagonális kristályszerkezete vagy a béta módosított cinkkeverék kristályszerkezete.

Kopásállóság

A szilícium-karbid kerámia keménységének és szilárdságának köszönhetően ideális anyag ipari alkalmazásokhoz, például csiszolóanyagok, tűzálló anyagok, vegyi feldolgozás, energiatermelés, korrózióállóság és csapágy/mechanikai tömítések alkalmazásaihoz. Korrózióállóságuk miatt ideálisak hőcserélőkhöz zord környezetben, például füstgáz-kéntelenítő üzemekben, míg folyadékalapú alkalmazásuk miatt tökéletes anyagválasztás csapágyakhoz/mechanikus tömítésekhez/csapágyakhoz/mechanikus tömítésekhez folyadékalapú rendszerekben.

A szilícium-karbidot először Acheson szintetikusan állította elő és szabadalmaztatta 1897-ben. Az előállítási módszerek közé tartozik a szublimációs karbotermikus redukció (az Acheson-eljárás), a polimerekből történő átalakítás és a gázfázisú kémiai reakciók. A szilíciumkarbid az előállítási módszertől függően különböző tisztaságú, kristályszerkezetű, szemcseméretű, alakú, eloszlású és eloszlású lehet.

Keménysége és kémiai stabilitása miatt a szilíciumkarbid kerámiát széles körben használják csiszoló megmunkálási folyamatokban, például csiszolásban, élezésben és vízsugaras vágásban. Ezenkívül ez az anyag kiváló csiszolóanyagként szolgál kő, üveg, öntöttvas és bizonyos színesfémek, például színesfém ötvözetek csiszolásához; emellett tartóssága és költséghatékonysága miatt gyakran alkalmazzák a lapidáriumban. A szilíciumkarbid korrózióálló tulajdonságai lehetővé teszik, hogy különböző tűzálló alkalmazásokban használják, beleértve a kerámiatermékek égetőkemencéiben és a cinkolvasztáshoz használt függőleges hengeres desztillációs kemencékben használt fészerlemezeket és süllyesztőket. Továbbá ezt az anyagot alumínium elektrolitikus cellák, tégelyek és kemenceanyagdarabok bélésanyagaként is hasznosnak találták.