Kiselkarbidkeramik: Hörnstenen i högeffektselektronik

Högpresterande elektroniska system kräver komponenter med den perfekta balansen mellan kompakt storlek och långsiktig tillförlitlighet, särskilt där fysiskt slitage kan vara ett problem. Detta är särskilt relevant för applikationer där slitage är ett problem. Kiselkarbid, vanligen kallat karborundum, är ett av de mer unika tekniska keramiska materialen. Till skillnad från de flesta tekniska keramer har det relativt hög hållfasthet och hårdhet för ökad användning av slipmedel och slipskivor, och används även i eldfasta delar och mekaniska tätningar. Det har använts i mer än 100 år bara för dessa användningsområden!

Hållfasthet vid höga temperaturer

Kiselkarbidkeramik är ett av de lättaste och hårdaste avancerade keramiska material som för närvarande finns tillgängliga och har mekaniska egenskaper som förblir konstanta upp till 1400 grader Celsius. Dessutom har SiC mycket goda värmeledningsegenskaper samtidigt som det är syrabeständigt och har låg värmeutvidgning - vilket gör det till ett idealiskt material att använda i utmanande miljöer.

SiC är det hårdaste materialet som kan gjutas antingen som göt eller kristall. SiC-granulat framställs genom elektrokemisk reaktion mellan kiseldioxid och kol i elektriska motståndsugnar och kan sedan malas ner till pulver för användning i slipskivor och andra slipmedel. Massproduktion har ägt rum både som pulver och enkelkristall i över 100 år - tillverkning av SiC för användning i slipskivor och andra slipmedel; SiC överträffar också diamant och borkarbid när det gäller hårdhet - samtidigt som andra produkter tillverkas genom antingen sintrings- eller smältningsprocesser.

Elkem använder en patenterad process för att blanda och klassificera högvärdig SiC och sedan förpacka den enligt kundens specifikationer i vår toppmoderna anläggning, Elkem Processing Services (EPS). DuraShock, vår tuffa och hårda keramiska komposit av Boron-Silicon Carbide, ger ett enastående ballistiskt skydd med betydligt lägre produktvikt än pansar av stål eller aluminiumoxid, vilket resulterar i lägre bränsleförbrukning och räckvidd samtidigt som den ballistiska prestandan är utmärkt med betydande miljö- och kostnadsfördelar - vilket ger betydande miljö- och ekonomiska fördelar jämfört med alternativ som pansar av stål eller aluminiumoxid. Detta ger betydande miljö- och kostnadsfördelar jämfört med deras motsvarigheter i stål

Motståndskraft mot termisk chock

Kiselkarbid, vanligen kallad karborundum, har blivit en extremt hållbar kemisk förening som skapats genom att binda kisel och kol. Moissanite förekommer naturligt som en ädelstensform av kiselkarbid, men oftast ses den i pulverform som används för sintring till sega keramiska material som har många tillämpningar, t.ex. sandpapper, slipskivor och skärverktyg - samt slitdelar i pumpar, raketmotorer, halvledarsubstrat för ljusemitterande dioder etc.

Termisk chockbeständighet hos keramiska material avser deras förmåga att tolerera plötsliga temperaturförändringar utan att spricka, splittras eller på annat sätt skadas. Denna egenskap uppnås på olika sätt, bland annat genom låg expansionskoefficient och hög värmeuthållighet. Vissa keramer, t.ex. smält kiseldioxid och cordierit, har utmärkt motståndskraft mot termisk chock medan andra, t.ex. kiselnitrider och kiseloxikarbid, uppvisar dåliga resultat i detta avseende.

Motståndskraft mot oxidation

Kiselkarbidkeramik har utmärkt motståndskraft mot oxidation, vilket gör dem till det perfekta materialet för användning inom kemisk industri och processtekniska applikationer. Deras exceptionella motstånd gör att de effektivt kan separera korrosiva vätskor och gaser från bärande gaser och samtidigt återvinna värme i fall där kemiska reaktioner ger höga processtemperaturer och stora koncentrationer av syror eller alkalier.

Tack vare sina utmärkta mekaniska egenskaper - inklusive hög Vickers-hårdhet och brottseghet - har de hög värmeledningsförmåga och låg värmeutvidgning. De är också resistenta mot syra- och lutbaserade miljöer.

För att inte förväxlas med naturlig moissanit, som endast kan hittas i mycket små mängder i meteoritfyndigheter och korundfyndigheter som kimberlit, är all kiselkarbid som säljs kommersiellt syntetiskt framställd genom trycksintring av pulveriserad kiselkarbid med aluminiumoxidbaserade keramiska komponenter för att bilda tätt material som praktiskt taget inte har några porer och hög hållfasthet och brottseghet.

Borkarbidkeramer (B4C) tillverkas på liknande sätt som SiC. Submikront B4C-pulver sintras vid temperaturer över 2.000 grader Celsius utan tryck (SSIC) eller under höga temperaturer och tryck (HPBC eller HIPBC), vilket ger keramer som kännetecknas av hög Vickers-hårdhet, utmärkt brottseghet och kemisk stabilitet samt motståndskraft mot oxidation vid förhöjda temperaturer - egenskaper som delas med SiC-keramer.

Motståndskraft mot slitage

Kiselkarbidkeramik är ett av de lättaste och hårdaste avancerade keramiska materialen och har enastående korrosionsbeständighet, kemisk stabilitet och termiska expansionsegenskaper som gör det lämpligt för applikationer inom dynamisk tätningsteknik, pump- och drivsystem, processteknik för kemisk industri samt dynamisk tätningsteknik för dynamiska tätningsapplikationer. Jämfört med metaller erbjuder kiselkarbidkomponenter flera gånger högre slitstyrka tack vare sin låga friktionskoefficient och sina slitstarka egenskaper.

Kiselkarbid har länge använts som slipmedel och material för industriugnar sedan det introducerades i slutet av 1800-talet. Dessutom fungerar kiselkarbid som råmaterial för tillverkning av sandpapper, slipskivor, skärverktyg, sandpapper och skärverktyg - och är dessutom ett utmärkt substrat för lysdioder (LED). Även om kiselkarbid endast förekommer naturligt som moissanitkristaller, har storskalig produktion av pulver- och kristallformer ägt rum sedan slutet av 1800-talet för att möta efterfrågan.

Reaktionsbindning och sintring är de två metoderna för att producera kiselkarbidkeramik, som var och en påverkar den slutliga mikrostrukturen på olika sätt. Reaktionsbunden SiC tillverkas genom att kompakter som består av blandningar av SiC och kol infiltreras med flytande kisel och sedan reagerar med kol genom kemiska reaktioner innan de sintras till form. Oavsett vilket tillvägagångssätt som används för att producera SiC, erbjuder båda varianterna exceptionella prestanda med utmärkt motståndskraft mot erosion, slitstyrka, låga CTE-värden och stark syrabeständighet som gör dem till utmärkta val för sprutmunstycken, blästermunstycken och cyklonkomponenter bland många andra.