Szilícium-karbid kerámia: A nagy teljesítményű elektronika sarokköve

A nagy teljesítményű elektronikus rendszerek olyan alkatrészeket igényelnek, amelyek tökéletes egyensúlyt teremtenek a kompakt méret és a hosszú távú megbízhatóság között, különösen ott, ahol a fizikai kopás problémát jelenthet. Ez különösen fontos az olyan alkalmazások esetében, ahol a kopás és kopás problémát jelent. A szilíciumkarbid, amelyet általában karborundumként emlegetnek, az egyik legkülönlegesebb műszaki kerámiaanyag. A legtöbb műszaki kerámiától eltérően viszonylag nagy szilárdsággal és keménységgel büszkélkedhet, ami fokozott csiszoló- és köszörűkorong-használatot tesz lehetővé, valamint tűzálló és mechanikus tömítés alkatrészekként is használható. Csak ezekben a minőségekben már több mint 100 éve használják!

Magas hőmérsékletű szilárdság

A szilícium-karbid kerámia a jelenleg elérhető egyik legkönnyebb és legkeményebb fejlett kerámiaanyag, amely 1400 Celsius-fokig állandó mechanikai tulajdonságokkal büszkélkedhet. A SiC továbbá nagyszerű hővezetési tulajdonságokkal büszkélkedhet, miközben saválló és alacsony hőtágulással rendelkezik - így ideális anyag a kihívást jelentő környezetekben való felhasználásra.

A SiC a legkeményebb anyag, amelyet ingotként vagy kristályként lehet önteni. A szilícium-dioxid és a szén elektrokémiai reakciója révén elektromos ellenálláskemencékben állítják elő, majd a SiC-granulátumot porrá lehet őrölni, amelyet csiszolókorongokban és más csiszolóanyagokban lehet felhasználni. A tömeggyártás több mint 100 éve folyik mind por, mind egykristály formájában - a SiC csiszolókorongokban és más csiszolóanyagokban való felhasználására; a SiC a gyémántot és a bórkarbidot is felülmúlja keménység tekintetében -, míg más termékeket szinterelési vagy olvasztási eljárással állítanak elő.

Az Elkem szabadalmaztatott eljárást alkalmaz a kiváló minőségű SiC keverésére és osztályozására, majd a vevői specifikációknak megfelelő csomagolásra a legkorszerűbb létesítményünkben, az Elkem Processing Services (EPS) területén. A DuraShock, a mi szívós és kemény bór-szilícium-karbid kerámia kompozitunk kiváló ballisztikai védelmet nyújt, a páncélozott acél vagy alumínium-oxid páncélozási megoldásoknál lényegesen kisebb terméktömeg mellett; így alacsonyabb üzemanyag-fogyasztást és hatótávolságot eredményez, miközben kiváló ballisztikai teljesítményt nyújt, jelentős környezeti és költségelőnyökkel - jelentős környezeti és gazdasági előnyöket kínálva az olyan alternatívákkal szemben, mint a páncélozott acél vagy alumínium-oxid páncélozási megoldások. Ez jelentős környezeti és költségelőnyöket kínál az acélból készült társaikhoz képest.

Hősokkállóság

A szilíciumkarbid, amelyet általában karborundumként emlegetnek, egy rendkívül tartós kémiai vegyület, amelyet szilícium és szén kötéséből hoztak létre. Míg a Moissanite a természetben a szilíciumkarbid drágakő formájában fordul elő, leggyakrabban por alakban használják szinterezéshez kemény kerámiaanyagokká, amelyek számos alkalmazásban, például csiszolópapírban, csiszolókorongokban és vágószerszámokban - valamint szivattyúk, rakétahajtóművek kopó alkatrészeiben, fénykibocsátó diódák félvezető szubsztrátjaiban stb. találhatók.

A kerámiaanyagok hősokkállósága arra utal, hogy képesek a hirtelen hőmérsékletváltozásokat repedés, törés vagy más módon történő károsodás nélkül elviselni. Ezt a tulajdonságot különböző eszközökkel érik el, beleértve az alacsony tágulási együtthatót és a nagy hőállóságot. Bizonyos kerámiák, mint például az olvasztott szilícium-dioxid és a kordierit, kiváló termikus sokkállósággal rendelkeznek, míg mások, mint például a szilícium-nitridek és a szilícium-oxikarbid, rossz eredményeket mutatnak e tekintetben.

Oxidációval szembeni ellenállás

A szilícium-karbid kerámia kiváló oxidációval szembeni ellenállással büszkélkedhet, így tökéletes anyag a vegyiparban és a technológiai mérnöki alkalmazásokban való felhasználásra. Kivételes ellenálló képességük lehetővé teszi, hogy hatékonyan válasszák el a korrozív folyadékokat és gázokat a hordozógázoktól, miközben hővisszanyerést is biztosítanak olyan esetekben, amikor a kémiai reakciók magas technológiai hőmérsékletet és nagy sav- vagy lúgkoncentrációt eredményeznek.

Kiváló mechanikai tulajdonságaiknak köszönhetően - beleértve a magas Vickers-keménységet és törési szívósságot; a magas hővezető képességet; és az alacsony hőtágulási sebességet. Emellett ellenállnak a savas és lúg alapú környezeteknek is.

Nem tévesztendő össze a természetes moissanittal, amely csak nagyon kis mennyiségben található meg meteorit- és korundlelőhelyeken, például kimberlitben, a kereskedelemben kapható szilíciumkarbidot szintetikusan állítják elő porított szilíciumkarbid és alumínium-oxid alapú kerámiaösszetevők nyomás alatti szinterezésével, hogy sűrű, gyakorlatilag pórusmentes, nagy szilárdságú és törésállóságú anyagot képezzen.

A bórkarbid kerámiákat (B4C) a SiC-hez hasonlóan állítják elő. A szubmikronos B4C port 2000 fok feletti hőmérsékleten, nyomás nélkül (SSIC) vagy magas hőmérsékleten és nyomáson (HPBC vagy HIPBC) szinterezik, így olyan kerámiákat állítanak elő, amelyeket nagy Vickers-keménység, kiváló törési szívósság, kémiai stabilitás és oxidációval szembeni ellenállás jellemez magas hőmérsékleten - ezek a jellemzők megegyeznek a SiC-kerámiákkal.

Kopásállóság

A szilícium-karbid kerámia az egyik legkönnyebb és legkeményebb fejlett kerámia anyag, amely kiemelkedő korrózióállósággal, kémiai stabilitással és hőtágulási tulajdonságokkal büszkélkedhet, amelyek alkalmassá teszik a dinamikus tömítéstechnika, a szivattyú- és hajtásrendszerek, a vegyipari folyamattechnika, valamint a dinamikus tömítéstechnika dinamikus tömítési alkalmazásokhoz való alkalmazására. A fémekhez képest a szilíciumkarbid alkatrészek alacsony súrlódási együtthatójuknak és kopásállósági tulajdonságaiknak köszönhetően többszörösen nagyobb kopásállóságot biztosítanak.

A szilícium-karbidot a 19. század végi bevezetése óta régóta használják csiszolóanyagként és ipari kemencékben használt anyagként. A szilíciumkarbid továbbá a csiszolópapírgyártás, valamint a csiszolókorongok, vágószerszámok, csiszolópapírok és vágószerszámok alapanyagaként szolgál - valamint kiváló szubsztrátként szolgál a fénykibocsátó diódák (LED-ek) számára. Bár a szilíciumkarbid a természetben csak moissanitkristályok formájában fordul elő, a 19. század vége óta a kereslet kielégítése érdekében nagyüzemi termelés folyik porított és kristályos formában.

A szilíciumkarbid-kerámia előállításának két módszere a reakciókötés és a szinterezés, amelyek mindegyike másképp befolyásolja a végső mikroszerkezetet. A reakciókötéses SiC úgy készül, hogy a SiC és a szén keverékéből álló tömör anyagokat folyékony szilíciummal infiltrálják, majd kémiai reakciók révén szénnel reagálnak, mielőtt szinterelik őket. Függetlenül attól, hogy a SiC előállítása melyik módszerrel történik, mindkét változat kivételes teljesítményt nyújt, kiváló erózióállósággal, kopásállósággal, alacsony CTE értékekkel és erős savállósági jellemzőkkel, amelyek többek között szórófúvókákhoz, lövedékfúvókákhoz és ciklon alkatrészekhez teszik őket kiváló választássá.