inverkan av kiselkarbidkeramik på industriella tillämpningar

Kiselkarbidkeramik är ett hårt keramiskt material som är placerat mellan aluminiumoxid och diamant på Mohs skala. Reaktiv sintring är den vanligaste processen för att producera stora och komplexa SiC-produkter, men den medför flera nackdelar, bland annat höga råvarukrav, energiförbrukning och produktionskostnad.

Hårdhet

Kiselkarbid (SiC) är en hård och kemiskt resistent förening som består av kol och kisel i tetraedrisk struktur. SiC finns naturligt som moissanitmineral och har sedan 1893 producerats som stora enkristaller eller som pulver för användning som slipmedel eller i andra applikationer som kräver hög uthållighet. SiC-keramik har den högsta temperaturhållfastheten bland icke-oxidkeramiska material samt överlägsen böj- och draghållfasthet samt korrosions- och slitstyrka.

Den höga hårdheten hos polykarbamid kan uppnås genom dess unika tetraedriska bindningsstruktur, där fyra kiselatomer binder till en kolatom i varje tetraeder - liknande diamantens struktur - vilket ger upphov till Mohs hårdhetsbetyg på 9,5.

Tack vare sin hårdhet och kemiska beständighet är keramik ett attraktivt material för många industriella användningsområden. Det har tillämpningar inom maskinteknik, anläggningsteknik och processteknik som slipmedel, skärverktyg och eldfast material. Dessutom har keramik utmärkta korrosions- och slitstyrkaegenskaper samtidigt som det är lätt och har universell kemisk beständighet.

Kiselkarbid kan bearbetas i sitt gröna, kexformade eller helt förtätade tillstånd för att forma komplexa geometrier. Fullt sintrad kiselkarbid har en ungefärlig krympningshastighet på 20% så toleranserna måste vara snäva när man arbetar med detta material; diamantverktyg rekommenderas för noggranna bearbetningsoperationer. Kiselkarbid finns i två varianter - alfa- och betakiselkarbid.

Motståndskraft mot korrosion

På grund av kiselkarbidkeramikens kemiska stabilitet vid höga temperaturer och låga värmeutvidgningskoefficient har kiselkarbidkeramik länge använts som ett viktigt material i eldfasta applikationer. Dess utmärkta kemiska och termiska stabilitet gör den till exempel användbar i brännarmunstycken, jet- och flamrör i förbränningsrum under extrema förhållanden samt i anläggningar för avsvavling av rökgaser. Kiselkarbidkeramik har också en framträdande plats bland metallurgiska användningsområden - den spelar en viktig roll vid tillverkningen av keramiska bikakafilter som filtrerar starka syra/alkaliblandningar som finns i dieselmotorers avgasutsläpp.

Kiselkarbidens kombination av hög hårdhet, kemisk beständighet och viss seghet gör det till ett utmärkt material för tillverkning av bundna och belagda slipmedel för bearbetning av glas, keramik, sten och gjutjärn samt fria slipverktyg och skivsatser. Kiselkarbid används dessutom som ett integrerat material i keramiska matriskompositer (CMC), som förbättrar flyg- och rymdapplikationer som turbinmotorer genom att öka prestandan samtidigt som vikten och miljöbelastningen minskar.

Reaktionsbunden SiC tillverkas genom att kompakter som innehåller blandningar av rent SiC-pulver infiltreras med flytande kisel och kol och reagerar tillsammans för att bilda mer SiC, vilket binder samman de ursprungliga kompakterna. Sintring är en keramisk formningsmetod som effektivt producerar stora och komplext formade kiselkarbidkomponenter; båda typerna används ofta av industrier inklusive fordons-, elektronik- och energisektorerna.

Termisk konduktivitet

Kiselkarbidkeramik är ett exceptionellt högpresterande eldfast keramiskt material som används i olika industriella applikationer. På grund av sin höga värmeledningsförmåga, låga värmeutvidgning och utmärkta kemiska korrosionsbeständighet är SiC ett idealiskt materialval för användning i ugnshyllor, ugnsbrännare, turbinmotorer och kemisk processutrustning.

Tillverkningen av eldfasta keramer sker på flera olika sätt för att producera SiC-pulver med olika renhetsgrader, kristallstrukturer, partikelstorlekar och former - vilket gör materialet till ett av de mest flexibla på marknaden. Industriproduktionen formar sedan dessa pulver till produkter som varmpressade isolatorer eller eldfasta block för vidare användning i industrins tillverkningsprocesser.

SiC används också i tillverkningen av keramiska matriskompositer (CMC) som används inom flyg- och rymdindustrin, vilket möjliggör lättare komponenter som minskar bränsleförbrukningen samtidigt som prestanda och tillförlitlighet förbättras.

Mätningar av värmeledningsförmåga som utförs på torra prover uppvisar vanligtvis en l = f (densitet) variationsfunktion med en böjningspunkt när deras naturliga densitetsvärde ökar, men när de testas efter att ha utsatts för fukt genom konditionering med Angelantoni Challenge CH250 vid 23 grader +- (23/0,3) grader och 50% RH, har fukt ett enormt inflytande på värmeledningsförmågan på grund av bildandet av SiC-polymorfer med olika kristallstrukturer, såsom alfa SiC: s hexagonala kristallstruktur eller beta modifierad zinkblandning kristallstruktur.

Motståndskraft mot slitage

Kiselkarbidkeramik är idealiska material för industriella tillämpningar tack vare sin hårdhet och styrka, t.ex. slipmedel, eldfasta material, kemisk bearbetning, kraftgenerering, korrosionsbeständighet och lager/mekaniska tätningar. Deras korrosionsbeständighet gör dem idealiska för värmeväxlare i tuffa miljöer som rökgasavsvavlingsanläggningar medan deras vätskebaserade applikationer gör dem till det perfekta materialvalet för lager/mekaniska tätningar/lager/mekaniska tätningar i vätskebaserade system.

Kiselkarbid syntetiserades för första gången syntetiskt och patenterades av Acheson 1897. Produktionsmetoderna omfattar sublimering, karbotermisk reduktion (Acheson-processen), omvandling från polymerer och kemiska reaktioner i gasfas. Beroende på produktionsmetod kan kiselkarbid ha olika renhetsnivåer, kristallstrukturer, partikelstorlekar, former, fördelningar och fördelningar.

På grund av sin hårdhet och kemiska stabilitet används kiselkarbidkeramik ofta i abrasiva bearbetningsprocesser som slipning, honing och vattenskärning. Dessutom fungerar detta material som ett utmärkt slipmedel för sten, glas, gjutjärn och vissa icke-järnmetaller som icke-järnlegeringar; dessutom används det ofta inom lapidariet på grund av dess hållbarhet och kostnadseffektivitet. Kiselkarbidens korrosionsbeständiga egenskaper gör att den kan användas i olika eldfasta tillämpningar, t.ex. i skivor och hängare för brännugnar för keramiska produkter och vertikala cylinderdestillationsugnar som används för zinksmältning. Dessutom har detta material också visat sig vara användbart som fodermaterial i elektrolytiska celler av aluminium, deglar och delar av ugnsmaterial.