Siliciumcarbide keramiek: De hoeksteen van elektronica met hoog vermogen

Elektronische systemen met hoge prestaties vereisen componenten met de perfecte balans tussen compacte afmetingen en betrouwbaarheid op lange termijn, vooral wanneer fysieke slijtage een probleem kan zijn. Dit is vooral relevant voor toepassingen waar slijtage een probleem is. Siliciumcarbide, meestal Carborundum genoemd, is een van de meer unieke technische keramische materialen. In tegenstelling tot de meeste technische keramiek heeft het een relatief hoge sterkte en hardheid voor het gebruik als schuurmiddel en slijpschijf, maar ook voor gebruik als vuurvaste onderdelen en mechanische afdichtingen. Alleen al in deze hoedanigheden wordt het al meer dan 100 jaar gebruikt!

Sterkte bij hoge temperaturen

Siliciumcarbide keramiek is een van de lichtste en hardste geavanceerde keramische materialen die momenteel verkrijgbaar zijn, met mechanische eigenschappen die constant blijven tot 1400 graden Celsius. Bovendien heeft SiC een groot warmtegeleidingsvermogen, is het zuurbestendig en heeft het een lage thermische uitzetting, waardoor het een ideaal materiaal is voor gebruik in veeleisende omgevingen.

SiC is het hardste materiaal dat als ingot of kristal gegoten kan worden. SiC wordt geproduceerd door een elektrochemische reactie tussen silica en koolstof in elektrische weerstandsovens en kan vervolgens tot poeder worden vermalen voor gebruik in slijpschijven en andere schuurmiddelen. Massaproductie vindt al meer dan 100 jaar plaats, zowel als poeder als enkel kristal, waarbij SiC wordt geproduceerd voor gebruik in slijpschijven en andere schuurmiddelen; SiC overtreft ook diamant en boorcarbide in hardheid - terwijl andere producten worden geproduceerd via sinter- of smeltprocessen.

Elkem gebruikt een gepatenteerd proces voor het mengen en classificeren van hoogwaardig SiC en verpakt het vervolgens volgens de specificaties van de klant in onze ultramoderne faciliteit, Elkem Processing Services (EPS). DuraShock, onze taaie en harde keramische composiet van Boron en Siliciumcarbide, biedt uitstekende ballistische bescherming bij een aanzienlijk lager productgewicht dan gepantserd staal of aluminiumoxide pantseroplossingen; dit resulteert in een lager brandstofverbruik en bereik, terwijl nog steeds uitstekende ballistische prestaties worden geleverd met aanzienlijke milieu- en kostenvoordelen - dit biedt aanzienlijke milieu- en economische voordelen ten opzichte van alternatieven zoals gepantserd staal of aluminiumoxide pantseroplossingen. Dit biedt aanzienlijke milieu- en kostenvoordelen ten opzichte van hun stalen tegenhangers

Weerstand tegen thermische schokken

Siliciumcarbide, ook wel carborundum genoemd, is een extreem duurzame chemische verbinding die ontstaat door silicium en koolstof aan elkaar te binden. Hoewel Moissanite van nature voorkomt als een edelsteen vorm van siliciumcarbide, wordt het meestal gezien in poedervorm gebruikt voor het sinteren tot taaie keramische materialen die veel toepassingen hebben zoals schuurpapier, slijpschijven en snijgereedschappen - maar ook slijtdelen in pompen, raketmotoren, halfgeleidersubstraten van lichtgevende diodes enz.

Thermische schokbestendigheid van keramische materialen verwijst naar hun vermogen om plotselinge temperatuurveranderingen te verdragen zonder te barsten, versplinteren of anderszins beschadigd te raken. Deze eigenschap wordt op verschillende manieren bereikt, waaronder een lage uitzettingscoëfficiënt en een hoge hittebestendigheid. Bepaalde keramische materialen zoals gesmolten silica en cordieriet hebben een uitstekende thermische schokbestendigheid, terwijl andere, zoals siliciumnitriden en siliciumoxycarbide in dit opzicht slechte resultaten laten zien.

Weerstand tegen oxidatie

Siliciumcarbide keramiek heeft een uitstekende weerstand tegen oxidatie, waardoor het het perfecte materiaal is voor gebruik in de chemische industrie en procestechniek toepassingen. Dankzij hun uitzonderlijke weerstand kunnen ze corrosieve vloeistoffen en gassen effectief scheiden van transportgassen, terwijl ze ook warmte terugwinnen in gevallen waar chemische reacties hoge procestemperaturen en grote concentraties zuren of logen produceren.

Door hun uitstekende mechanische eigenschappen - waaronder een hoge Vickers-hardheid en breuktaaiheid; hoge thermische geleidbaarheid; en lage thermische uitzettingssnelheden. Ze zijn ook bestand tegen zuren en logen.

Niet te verwarren met natuurlijk moissaniet, dat alleen in zeer kleine hoeveelheden te vinden is in meteorietafzettingen en korundafzettingen zoals kimberliet, wordt alle commercieel verkochte siliciumcarbide synthetisch geproduceerd door verpoederd siliciumcarbide onder druk te sinteren met keramische componenten op basis van aluminiumoxide om dicht materiaal te vormen dat vrijwel geen poriën heeft en een hoge sterkte en breuktaaiheid.

Boorcarbide keramiek (B4C) wordt op dezelfde manier geproduceerd als SiC. Sub-micron B4C-poeder wordt gesinterd bij temperaturen boven 2000°C zonder druk (SSIC) of onder hoge temperaturen en druk (HPBC of HIPBC), waardoor keramiek ontstaat met een hoge Vickers-hardheid, uitstekende breuktaaiheid en chemische stabiliteit en weerstand tegen oxidatie bij hoge temperaturen - eigenschappen die SiC-keramiek ook heeft.

Slijtvastheid

Siliciumcarbide keramiek is een van de lichtste en hardste geavanceerde keramische materialen, met uitstekende corrosiebestendigheid, chemische stabiliteit en thermische expansie eigenschappen die het geschikt maken voor toepassingen in dynamische afdichtingstechnologie, pomp- en aandrijfsystemen, chemische industrie procestechniek en dynamische afdichtingstechnologie voor dynamische afdichtingstoepassingen. In vergelijking met metalen bieden siliciumcarbide componenten een veel grotere slijtvastheid dankzij hun lage wrijvingscoëfficiënt en slijtagewerende eigenschappen.

Siliciumcarbide wordt al sinds de introductie aan het eind van de 19e eeuw gebruikt als schuurmiddel en als materiaal voor industriële ovens. Bovendien dient siliciumcarbide als grondstof voor de productie van schuurpapier, slijpschijven, snijgereedschappen, schuurpapier en snijgereedschappen en is het een uitstekend substraat voor lichtgevende diodes (LED's). Hoewel siliciumcarbide van nature alleen voorkomt als moissanietkristallen, vindt er sinds het einde van de 19e eeuw grootschalige productie van poeder- en kristalvormen plaats om aan de vraag te voldoen.

Reactiebinding en sinteren zijn de twee methoden voor het produceren van siliciumcarbide keramiek, die elk een ander effect hebben op de uiteindelijke microstructuur. Reactiegebonden SiC wordt gemaakt door compacts bestaande uit mengsels van SiC en koolstof te infiltreren met vloeibaar silicium voordat het reageert met koolstof door middel van chemische reacties voordat het in vorm wordt gesinterd. Ongeacht welke benadering wordt gekozen om SiC te produceren, beide varianten bieden uitzonderlijke prestaties met uitstekende erosiebestendigheid, slijtvastheid, lage CTE-waarden en sterke zuurbestendigheid, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor onder andere spuitmonden, straalbuizen en cyclooncomponenten.