Siliciumcarbide (SiC) keramiek is een toonaangevende klasse van geavanceerde industriële keramiek, algemeen erkend om hun uitzonderlijke hoge temperatuur prestaties in extreme service omgevingen.met een gewicht van niet meer dan 10 kgkeramische siliconcarbidede dragers onderscheiden zich door meer dan 80% van hun sterkte bij kamertemperatuur bij 1200°C te behouden. In dit artikel wordt een praktische en technische analyse gegeven van hun fysische en chemische eigenschappen,vergelijkt ze met andere keramische structuren, beschrijft het productieproces en onderzoekt belangrijke industriële toepassingen.

1. Fysieke en chemische eigenschappen van hoogzuivere warmgeperste SiC

Siliciumcarbide is een overwegend covalente verbinding met een stabiele kristalstructuur, die uitstekende hardheid, sterkte en slijtvastheid biedt.SiC-keramiek van hoge zuiverheid kan dichtheden bereiken die dicht bij de theoretische waarde liggen en een extreem lage porositeit hebben., waardoor de mechanische betrouwbaarheid aanzienlijk wordt verbeterd.

Belangrijkste prestatieparameters

• Buigsterkte bij kamertemperatuur:≥ 500 MPa

• Elastische modulus:~ 400 GPa

• Thermische geleidbaarheid (bij 1200°C):~ 80 W/m·K

• coëfficiënt van thermische uitbreiding:~ 4,5 × 10−6 /°C

• Oxideringsbestendigheid:Tot ongeveer 1600 °C

• Behoudsterkte bij 1200°C:> 80% van de waarde bij kamertemperatuur

De uitstekende weerstand bij hoge temperaturen wordt hoofdzakelijk toegeschreven aan:

1. Hoge zuiverheid van de grondstof, waardoor intergranulaire glasachtige fasen tot een minimum worden beperkt.

2. met een gewicht van niet meer dan 50 kg, die de overmatige groei van het graan onderdrukt.

3. Bijna volledige verdichting, vermindert het kruipen en verzacht bij hoge temperaturen.

Als gevolg daarvan behoudt het materiaal de structurele integriteit en de dimensionale stabiliteit bij langdurige blootstelling aan hoge temperaturen.

Chemisch gezien vertonen SiC-keramiek uitstekende corrosiebestendigheid tegen de meeste zuren, alkalieën en gesmolten zouten, waardoor ze geschikt zijn voor harde chemische omgevingen.

2. Vergelijking met andere keramische structuren

Om de plaatsing beter te begrijpen, kan hoogzuiver warm geperst SiC worden vergeleken met gewone technische keramiek:

Vergeleken met aluminium (Al2O3)

Voordelen van SiC:

• Hoger hoge temperatuurhoudingsvermogen

• Hoger warmtegeleidingsvermogen

• Superieure weerstand tegen thermische schokken

Beperkingen:

• Hoger materiaal- en verwerkingskosten

• Meer veeleisende bewerkingsvereisten

De sterkte van aluminium bij 1200 °C daalt doorgaans onder 50% van de waarde bij kamertemperatuur, en de lagere thermische geleidbaarheid vermindert de weerstand tegen thermische gradiënten.

In vergelijking met siliciumnitried (Si3N4)

Voordelen van SiC:

• Betere corrosiebestendigheid

• Hoger warmtegeleidingsvermogen

• Uitstekende oxidatiestabiliteit bij extreme temperaturen

Beperkingen:

• Iets lagere breuksterkte

• Lagere slagweerstand

Siliciumnitride biedt over het algemeen een hogere breuksterkte, waardoor het geschikter is voor toepassingen met slagbelasting, terwijl SiC uitblinkt in corrosieve omgevingen bij hoge temperaturen.

Vergeleken met Zirconia (ZrO2)

Voordelen van SiC:

• Superieure stabiliteit bij hoge temperaturen

• Geen fasetransformatie bij verhoogde temperaturen

• Hoger warmtegeleidingsvermogen

Beperkingen:

• Lagere roomtemperatuursterkte

Zirconia kan fase-transformaties ondergaan boven 1000 °C, wat mogelijk leidt tot langdurige afbraak van de eigenschappen, terwijl SiC structureel stabiel blijft.

Algemene beoordeling

Belangrijkste voordelen:

• Uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen

• Hoge warmtegeleidbaarheid

• Sterke corrosie- en oxidatiebestendigheid

• Uitstekende slijtvastheid

Belangrijkste uitdagingen:

• Intrinsieke broosheid

• Gevoeligheid voor microfouten

• Relatief hoge productiekosten

Deze factoren vereisen strenge procescontrole tijdens de productie.

3. Overzicht van het productieproces

De productie van hoogzuivere warmgeperste SiC-keramische dragers omvat verschillende nauwkeurig gecontroleerde stappen:

1. Selectie van grondstoffen

Een hoog zuiver SiC-poeder (meestal ≥ 99,5%) wordt geselecteerd om verontreinigingen te minimaliseren die de prestaties bij hoge temperaturen kunnen verminderen.

2. Poederverwerking

Het poeder wordt fijn gemalen en homogeniseerd.

3. Vorming

Groene lichamen worden gevormd door droog of isostatisch persen, waardoor een gelijkmatige dichtheidsverdeling wordt gewaarborgd.

4. Warmperssinteren (kernproces)

Het compact wordt in een grafietvorm geplaatst en gesinterd onder:

• Temperatuur:1900 ∼ 2100°C

• Druk:20 ̊40 MPa

• Atmosfeer:Inert

De gelijktijdige hoge temperatuur en druk vergemakkelijken de herrangschikking en diffusie van deeltjes, wat resulteert in bijna volledige verdichting en verfijnde microstructuur.

5. Precisiebewerking

Na het sinteren wordt bewerking uitgevoerd met behulp van diamanten gereedschappen om strikte afmetingstoleranties en oppervlakteafwerkingseisen te bereiken.

De combinatie van hoge zuiverheid, gecontroleerde korrelgroei en lage porositeit zorgt voor consistente mechanische prestaties bij hoge temperaturen.

4Industrieel gebruik

Door het vermogen om meer dan 80% van de sterkte bij kamertemperatuur bij 1200 °C te behouden, worden warmgeperste SiC-keramische dragers veel gebruikt in hoge temperatuur- en corrosieve omgevingen.

Ruimtevaartuigen

• Structurele onderdelen van motoren met warm onderdeel

• Verbrandingskamervoeringen

• Thermische beschermingselementen

Energie en elektriciteitsopwekking

• Gasturbinecomponenten

• Hoogtemperatuurreactoren

• Geavanceerde thermische systemen

Chemische en metallurgische industrie

• met een vermogen van niet meer dan 10 kg

• van de soort gebruikt voor de vervaardiging van elektrische voertuigen

• Componenten voor de behandeling van gesmolten zout

Verwerking van halfgeleiders

• Hoogtemperatuurwafers

• Vervaardiging uit produkten bedoeld bij post 8402

• Verontreinigingsgevoelige structurele dragers

De hoge zuiverheid en thermische stabiliteit maken het bijzonder geschikt voor milieu met een beperkte verontreiniging.

Conclusies

Met een sterktebehoud van meer dan 80% bij 1200°C, zijn de keramische steunstukken van hoogzuiverheid met warmgeperst siliciumcarbide uitzonderlijk warmte stabiel, mechanisch sterk en corrosiebestendig.zij behoren tot de meest betrouwbare materialen voor veeleisende structurele toepassingen bij hoge temperaturen.

Hoewel de productiekosten relatief hoog zijn en het materiaal inherent broos blijft, zorgen precieze verwerking en microstructurele controle voor uitstekende prestaties op lange termijn.Aangezien de industrie de operationele temperaturegrenzen blijft vergrotenIn het kader van de nieuwe technologieën, die in de toekomst zullen worden ontwikkeld, zal de efficiëntie en duurzaamheid van SiC-keramiek bij hoge temperaturen een cruciale materiaaloplossing blijven in geavanceerde productie- en energiesystemen.