de impact van keramiek van siliciumcarbide op industriële toepassingen

Siliciumcarbide keramiek is een hard keramisch materiaal dat tussen aluminiumoxide en diamant ligt op de schaal van Mohs. Reactief sinteren is het meest gebruikte proces voor het produceren van SiC-producten met grote afmetingen en complexe vormen, maar er kleven verschillende nadelen aan, zoals een hoog grondstoffenverbruik, energieverbruik en hoge productiekosten.

Hardheid

Siliciumcarbide (SiC) is een harde en chemisch resistente verbinding die bestaat uit koolstof en silicium in een tetrahedral structuur. SiC komt van nature voor als het mineraal moissaniet en wordt sinds 1893 geproduceerd als grote enkelvoudige kristallen of als poeder voor gebruik als schuurmiddel of in andere toepassingen die een groot uithoudingsvermogen vereisen. SiC-keramiek heeft de hoogste temperatuursterkte onder de niet-oxide keramische materialen, evenals superieure buig- en treksterkte en corrosie- en slijtagebestendige eigenschappen.

De hoge hardheid van polycarbamide kan worden bereikt door de unieke tetrahedrale bindingsstructuur, waarbij vier siliciumatomen zich binden met één koolstofatoom in elke tetraëder - vergelijkbaar met de structuur van diamant - wat leidt tot een Mohs-hardheid van 9,5.

Door zijn hardheid en chemische weerstand is keramiek een aantrekkelijk materiaal voor veel industriële toepassingen. Het heeft toepassingen in de machinebouw, installatietechniek en procestechniek als schuurmiddel, snijgereedschap en vuurvast. Bovendien heeft keramiek uitstekende corrosie- en slijtagebestendige eigenschappen, is het licht van gewicht en heeft het universele chemische bestendigheidseigenschappen.

Siliciumcarbide kan bewerkt worden in zijn groene, biscuit of volledig verdichte toestand om complexe geometrieën te vormen. Volledig gesinterd siliciumcarbide heeft een krimpsnelheid van ongeveer 20%, dus de toleranties moeten strak zijn bij het werken met dit materiaal; diamantgereedschap wordt aanbevolen voor nauwkeurige bewerkingen. Siliciumcarbide is er in twee soorten - alfa en bèta siliciumcarbide.

Corrosiebestendigheid

Door de chemische stabiliteit van siliciumcarbide keramiek bij hoge temperaturen en de lage thermische uitzettingscoëfficiënt wordt siliciumcarbide keramiek al lang gebruikt als een essentieel materiaal in vuurvaste toepassingen. De uitstekende chemische en thermische stabiliteit maken het bijvoorbeeld bruikbaar in brandermondstukken, straal- en vlambuizen in verbrandingskamers onder extreme omstandigheden en in rookgasontzwavelingsinstallaties. Bovendien speelt siliciumcarbide keramiek ook een prominente rol in metallurgische toepassingen - het speelt een essentiële rol in de productie van honingraatkeramische filters die dienen om sterke zuur/alkali-mengsels te filteren die worden aangetroffen in de uitlaatgasemissies van dieselmotoren.

De combinatie van hoge hardheid, chemische weerstand en bepaalde taaiheid van siliciumcarbide maakt het een uitstekend materiaal voor de productie van gebonden en gecoate slijpmiddelen voor de bewerking van glas, keramiek, steen en gietijzer, evenals vrij slijpgereedschap en wielensets. Verder dient siliciumcarbide als een integraal materiaal in keramische matrix composieten (CMC), die ruimtevaarttoepassingen zoals turbinemotoren verbeteren door de prestaties te verhogen en tegelijkertijd het gewicht en de milieuschade te verminderen.

Reactiegebonden SiC wordt gemaakt door compacts met mengsels van zuiver SiC-poeder te infiltreren met vloeibaar silicium en koolstof, waardoor ze samen reageren tot meer SiC, dat de oorspronkelijke compacts bindt. Sinteren is een keramische vormmethode die efficiënt componenten van siliciumcarbide met grote afmetingen en complexe vormen produceert; beide types worden vaak gebruikt door industrieën zoals de automobiel-, elektronica- en energiesector.

Thermische geleidbaarheid

Siliciumcarbide keramiek is een uitzonderlijk hoogwaardig vuurvast keramisch materiaal dat in verschillende industriële toepassingen wordt gebruikt. Door zijn hoge thermische geleidbaarheid, lage thermische uitzettingssnelheid en uitstekende chemische corrosiebestendigheid is SiC een ideale materiaalkeuze voor gebruik in ovenplaten, ovenbranders, turbinemotoren en chemische verwerkingsapparatuur.

De productie van vuurvaste keramiek maakt gebruik van verschillende wegen om SiC-poeders te produceren met verschillende zuiverheidsgraden, kristalstructuren, deeltjesgroottes en vormen - waardoor het materiaal een van de meest flexibele op de markt is. De industriële productie vormt deze poeders vervolgens tot producten zoals warmgeperste isolatoren of vuurvaste blokken voor verder gebruik in industriële productieprocessen.

SiC wordt ook gebruikt bij de productie van keramische matrixcomposieten (CMC's) die worden gebruikt in ruimtevaarttoepassingen, waardoor componenten lichter worden en minder brandstof verbruiken terwijl de prestaties en betrouwbaarheid verbeteren.

Thermische geleidbaarheidsmetingen uitgevoerd op droge monsters vertonen meestal een l = f(dichtheid) variatiefunctie met een buigpunt naarmate hun natuurlijke dichtheidswaarde toeneemt, maar wanneer ze getest worden nadat ze onderworpen werden aan vochtigheid door conditionering met Angelantoni Challenge CH250 bij 23 degC +- (23/0.3) degC en 50% RH, heeft vocht een enorme invloed op de thermische geleidbaarheid door de vorming van SiC polymorfen met verschillende kristalstructuren zoals de hexagonale kristalstructuur van alpha SiC of de kristalstructuur van zinkmengsel van beta modified.

Slijtvastheid

Siliciumcarbide keramiek is een ideaal materiaal voor industriële toepassingen vanwege de hardheid en sterkte, zoals schuurmiddelen, vuurvaste materialen, chemische verwerking, energieopwekking, corrosiebestendigheid en lager/mechanische afdichtingstoepassingen. Hun corrosiebestendigheid maakt ze ideaal voor warmtewisselaars in ruwe omgevingen zoals rookgasontzwavelingsinstallaties, terwijl hun vloeistofgebaseerde toepassingen het de perfecte materiaalkeuze maken voor lagers/mechanische afdichtingen/lagers/mechanische afdichtingen in vloeistofgebaseerde systemen.

Siliciumcarbide werd voor het eerst synthetisch gesynthetiseerd en gepatenteerd door Acheson in 1897. Productiemethoden zijn onder andere sublimatiecarbotherme reductie (het Acheson proces), conversie uit polymeren en gasfase chemische reacties. Afhankelijk van de productiemethode kan siliciumcarbide verschillende zuiverheidsgraden, kristalstructuren, deeltjesgroottes, vormen, verdelingen en distributies hebben.

Door zijn hardheid en chemische stabiliteit wordt Silicon Carbide keramiek veel gebruikt in abrasieve bewerkingsprocessen zoals slijpen, honen en waterstraalsnijden. Bovendien dient dit materiaal als een uitstekend slijpmiddel voor steen, glas, gietijzer en bepaalde non-ferro metalen zoals non-ferro legeringen; daarnaast wordt het vaak gebruikt in de lapidaire sector vanwege de duurzaamheid en kosteneffectiviteit. De corrosiebestendige eigenschappen van siliciumcarbide zorgen ervoor dat het kan worden gebruikt in verschillende vuurvaste toepassingen, waaronder schuurplanken en zakkers voor ovens voor het bakken van keramische producten en verticale cilinderdestillatieovens die worden gebruikt voor het smelten van zink. Verder is dit materiaal ook nuttig bevonden als bekledingsmateriaal van aluminium elektrolytische cellen, smeltkroezen en stukken ovenmateriaal.