Siliziumkarbid: Eigenschaften, Qualitäten und Synthese sowie Verwendungen

● Hochtemperaturbeständigkeit: Auch bei einer Temperatur von 1600-1650℃ können die mechanischen Eigenschaften und die Form von SiC-Keramikteilen gut erhalten bleiben.

● Hohe Wärmeleitfähigkeit: Sie kann 120–200 W/km erreichen und liegt damit nach Aluminiumnitrid (AlN) und Berylliumoxid (BeO) an zweiter Stelle.

● Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE): SiC (4,0 ~ 4,5-6/K) ist eine der Industriekeramiken mit einer Wärmeausdehnung, die der von Si-Chips (2,5 ~ 4,2 x 10-6/K) am nächsten kommt.

● Härte/Abriebfestigkeit: Seine Mohs-Härte beträgt 9,5 und liegt damit nur geringfügig unter der von Diamant (10).

● Korrosionsbeständigkeit: Es ist eines der chemisch inerten Produkte unter allen Hochleistungskeramiken. In verschiedenen rauen Umgebungen kann es der Alterung widerstehen.

● Sonstiges: Geringes Gewicht (3,1–3,2 g/cm ³ ), hoher Elastizitätsmodul (400–450 GPa), ausgezeichneter Thermoschock, wird von den meisten geschmolzenen Metallen nicht benetzt oder erodiert, Halbleitereigenschaften, gute elektrische Isolierung und ungiftig.

Sorten und Synthese

Siliziumkarbid ist ein Grundmaterial für keramische Strukturbauteile. Seine Qualität wird hauptsächlich nach dem Sinterprozess und dem Verdichtungsgrad wie folgt unterteilt:

1. Drucklos gesinterter Typ (SSiC)

● Synthesemethode:

Die Verdichtung wird durch Festphasensintern bei hoher Temperatur und Atmosphärendruck durch Zugabe von Sinterhilfsmitteln wie Bor und Kohlenstoff erreicht. Dies ist das gebräuchlichste und wirtschaftlichste Verfahren.

● Leistung:

Hohe Dichte (≥98 % theoretische Dichte), ausgezeichnete Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

● Anwendungen:

Dichtungsringe, Lager, Düsen, verschleißfeste Auskleidungen, Brennhilfsmittel (Kugeln, Rollen) usw.

2. Reaktionsgebundener Typ (RBSiC)

● Synthesemethode:

Nachdem α-SiC-Pulver und Kohlenstoffpulver gemischt und geformt wurden, reagieren sie bei hoher Temperatur mit geschmolzenem Silizium oder Siliziumdampf, um β-SiC zu erzeugen, das die Poren füllt und eine Verdichtung bewirkt.

● Leistung:

Hohe Dichte, ideale Sinterverformung, hohe Maßgenauigkeit, kurzer Vorbereitungszyklus und niedrige Kosten. Das Material enthält jedoch normalerweise eine kleine Menge freies Silizium, was seine maximale Betriebstemperatur (ca. 1350 °C) begrenzt, da Silizium schmilzt.

● Anwendungen:

Bauteile mit hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit, wie z. B. Präzisions-Gleitringdichtungen, Heizungshalterungen in der Photovoltaik-Industrie, Rollen usw.

3. Rekristallisierter Typ (R-SiC)

● Synthesemethode:

Ein druckloser Sinterprozess, der den SiC-Verdampfungs-Kondensations-Massentransfer bei hohen Temperaturen nutzt, um Kornwachstum und Bindung zu erreichen, ohne dass Sinterhilfsmittel hinzugefügt werden müssen.

● Leistung:

Es ist äußerst rein und glasfrei und bietet eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit (längerfristiger Einsatz über 1600 °C) sowie eine hervorragende Oxidations- und Temperaturwechselbeständigkeit. Es weist jedoch eine hohe Porosität (ca. 15–20 %) und eine relativ geringe mechanische Festigkeit auf.

● Anwendungen:

Hochwertige Brennhilfsmittel (z. B. Stützen und Balken), Brennerdüsen, Wärmetauscherrohre und andere Anwendungen mit sauerstoffreichen Umgebungen mit hohen Temperaturen.

4. Heißisostatischer Presstyp (HIPSiC)

● Synthesemethode:

Das Sintern erfolgt bei hohen Temperaturen mit extrem hohem Druck (Heißpressen) oder isotropem Hochdruckgas (heißisostatisches Pressen). Typischerweise werden Sinterhilfsmittel zugesetzt.

● Leistung:

Das Erreichen einer theoretischen Dichte von nahezu 100 % mit feinen und gleichmäßigen Körnern führt zu den höchsten mechanischen Eigenschaften (Festigkeit und Zähigkeit) aller Qualitäten.

● Anwendungen:

Wird in Anwendungen mit extrem hohen Leistungsanforderungen eingesetzt, wie z. B. Panzerungen, kritische Luft- und Raumfahrtkomponenten und hochwertige Schneidwerkzeuge. Aufgrund der hohen Kosten ist der Anwendungsbereich begrenzt.

Verwendung von Siliziumkarbidkeramik

Da verschiedene Siliziumkarbidsorten unterschiedliche Kombinationen von Eigenschaften bieten, können sie genau auf bestimmte Branchen zugeschnitten und in Ihre Geschäftslösungen umgewandelt werden. Die folgende Tabelle listet entsprechende Anwendungen nach Leistung auf, von denen wir hoffen, dass sie hilfreich sind.

Schlussfolgerungen

Kurz gesagt, Siliziumkarbid ist ein vielseitiges, fortschrittliches Keramikmaterial, insbesondere in Bezug auf Verschleißfestigkeit, thermische Leistung und chemische Inertheit, das andere technische Keramiken bei weitem übertrifft. Es verfügt über eine Vielzahl von Synthesemethoden, die zu unterschiedlichen Produktqualitäten mit einzigartigen Eigenschaften führen. Siliziumkarbidteile ermöglichen zahlreiche anspruchsvolle Anwendungsszenarien, sodass sie höhere Grenzen durchbrechen und bessere Gesamtkostenlösungen bieten können.

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