Ein Artikel zum Verständnis der Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Siliziumkarbid-Keramiken
1、 Siliziumkarbidkeramik und ihre Leistungsmerkmale
Im 21. Jahrhundert, mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technik, Information, Energie, Materialien und Biotechnologie sind zu den vier Säulen der Entwicklung der gesellschaftlichen Produktivität geworden. Siliziumkarbid zeichnet sich durch stabile chemische Eigenschaften aus, hohe Wärmeleitfähigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, geringe Dichte, gute Verschleißfestigkeit, hohe Härte, hohe mechanische Festigkeit und chemische Korrosionsbeständigkeit, Es hat sich im Bereich der Materialien rasant weiterentwickelt und wird häufig in Bereichen wie Keramikkugellagern eingesetzt, Ventile, Halbleitermaterialien, Gyroskope, Messgeräte, Luft- und Raumfahrt, usw.
Die Entwicklung von Siliziumkarbidkeramik begann in den 1960er Jahren, Zuvor wurde Siliziumkarbid hauptsächlich für mechanische Schleifmaterialien und feuerfeste Materialien verwendet. Länder auf der ganzen Welt legen großen Wert auf die Industrialisierung von Hochleistungskeramik, und jetzt geben sie sich nicht mehr mit der Herstellung traditioneller Siliziumkarbidkeramik zufrieden. Unternehmen, die Hightech-Keramik herstellen, entwickeln sich schneller, vor allem in entwickelten Ländern. In den vergangenen Jahren, Nach und nach sind Mehrphasenkeramiken auf Basis von Siliziumkarbidkeramiken entstanden, Verbesserung der Zähigkeit und Festigkeit einzelner Materialien. Die vier Hauptanwendungsgebiete von Siliziumkarbid sind Funktionskeramiken, fortschrittliche feuerfeste Materialien, Schleifmittel, und metallurgische Rohstoffe.
2、 Anwendungsbeispiele von Siliziumkarbidkeramik
1. Schleifwerkzeuge aus Siliziumkarbid
Siliziumkarbid hat eine hohe Härte und kann zu verschiedenen Schleifscheiben verarbeitet werden, Sandpapier, und Schleifmittel, hauptsächlich in der mechanischen verarbeitenden Industrie eingesetzt. Die Mohs-Härte von Siliziumkarbid beträgt 9.2-9.6, nach Diamant und Borcarbid an zweiter Stelle, und ist ein häufig verwendetes Schleifmittel. Die chemische Zusammensetzung von Siliziumkarbid-Schleifmitteln umfasst Siliziumkarbid, freier Kohlenstoff, und Fe2O3. Die spezifische chemische Zusammensetzung von Schleifmitteln ist in der Tabelle aufgeführt 2. Je höher der Gehalt an Siliziumkarbid ist, desto besser ist seine Härte und Schleifleistung. Industrielles Siliziumkarbid wird in China hauptsächlich als Schleifmittel verwendet. Schleifmittel werden in der Industrie häufig eingesetzt, insbesondere bei der Bearbeitung hochpräziser oder harter Teile, und Schleifwerkzeuge sind unerlässlich.
Schleifscheiben sind auch unverzichtbare Werkzeuge zum Schleifen von Schneidwerkzeugen und zum Schneiden harter Materialien. Die Siliziumkarbid-Schleifscheibe ist ein kreisförmiges, massives Schleifwerkzeug mit einem zentralen Durchgangsloch aus Schleifmittel und Bindeharz, und es wird am häufigsten in Formen verwendet. Die Hauptbestandteile von Siliziumkarbid sind schwarzes Siliziumkarbid und grünes Siliziumkarbid. Schwarzes Siliziumkarbid hat im Vergleich zu grünem Siliziumkarbid eine geringere Härte, und wird zum Schleifen von Materialien mit geringerer Härte verwendet, wie Gusseisen und nichtmetallische Materialien; Aluminium-Siliziumkarbid eignet sich zum Schleifen harter Legierungen, optisches Glas, Kohlenstofflegierung und dergleichen. Es gibt auch eine Art kubisches Siliziumkarbid, das speziell für das Hochpräzisionsschleifen von Mikrolagern entwickelt wurde. Unter anderem Schleifmittel mit gleicher Partikelgröße, Kubisches Siliziumkarbid weist die höchste Verarbeitungseffizienz auf.
In der Automobilindustrie, die Abstimmung zwischen Kolbenring und Zylinder, zwischen Ventil und Ventilsitz, und die Genauigkeit von Getriebe und Getriebe erfordern eine Schleif- und Formenbearbeitung.
2. Siliziumkarbid-Verbundwerkstoff
Verbundwerkstoffe auf Siliziumkarbidbasis (SiC-CMC) Aufgrund ihrer hohen Zähigkeit werden sie häufig in thermischen Hochtemperaturstrukturen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, hohe Festigkeit, und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit. Der Herstellungsprozess von SiC-CMC umfasst die Faservorformung, Hochtemperaturbehandlung, Mesophasenbeschichtung, Matrixverdichtung, und Nachbehandlung. Hochfeste Kohlefaser weist eine hohe Festigkeit und gute Zähigkeit auf, und der daraus hergestellte vorgefertigte Körper weist gute mechanische Eigenschaften auf.
Die Mesophasenbeschichtung (d.h. Schnittstellentechnologie) ist eine Schlüsseltechnologie im Aufbereitungsprozess. Zu den Methoden zur Herstellung der Mesophasenbeschichtung gehört die chemische Dampfinfiltration (CVI), chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Sonnengel (Sol gcl), und Polymerimprägnierungspyrolyse (PLP). Die CVI-Methode und die PIP-Methode eignen sich am besten zur Herstellung von Siliziumkarbid-Matrix-Verbundwerkstoffen.
Zu den für Grenzflächenbeschichtungen verwendeten Materialien gehört pyrolytischer Kohlenstoff, Bornitrid, und Borcarbid, unter anderem findet Borcarbid als antioxidative Grenzflächenbeschichtung zunehmend Beachtung. SiC-CMC, welches üblicherweise über längere Zeit unter Oxidationsbedingungen eingesetzt wird, muss außerdem einer Oxidationsbeständigkeitsbehandlung unterzogen werden, indem eine Schicht von ca 100 Dick auf der Oberfläche des Produkts durch CVD-Prozess. Das dichte Siliziumkarbid von μ M verbessert seine Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.
3. Kugel aus Siliziumkarbid-Keramik
Siliziumkarbid-Keramikkugeln haben hervorragende mechanische Eigenschaften, ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, hohe Verschleißfestigkeit, und niedriger Reibungskoeffizient. Siliziumkarbid-Keramikkugeln weisen eine hohe Hochtemperaturfestigkeit auf, und die Festigkeit gewöhnlicher Keramikmaterialien nimmt bei 1200 bis 1400 Grad Celsius deutlich ab. Jedoch, Die Biegefestigkeit von Siliziumkarbid bleibt auf einem hohen Niveau von 500 bis 600 MPa 1400 Grad Celsius, Daher kann seine Arbeitstemperatur 1600 bis 1700 Grad Celsius erreichen.
Anwendungsbereich von Siliziumkarbid-Keramikkugeln: Sie werden häufig in Branchen wie der Erdölindustrie eingesetzt, Chemieingenieurwesen, Mikroelektronik, Automobile, Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Papierherstellung, Laser, Bergbau, und Atomenergie. Siliziumkarbid wird häufig in Hochtemperaturlagern verwendet, Platten, Düsen, Hochtemperaturkorrosionsbeständige Komponenten, sowie elektronische Gerätekomponenten im Hochtemperatur- und Hochfrequenzbereich.
4. Andere Anwendungen
Siliziumkarbidkeramik ist ein ideales Material zur Herstellung von Dichtringen. In Kombination mit Graphitmaterial, Sein Reibungskoeffizient ist kleiner als der von Aluminiumoxidkeramik und Hartlegierungen, und es hat eine gute Selbstschmierleistung. daher, Es kann für hohe PV-Werte verwendet werden, Verbesserung der Lebensdauer und Funktionszuverlässigkeit von Dichtungskomponenten, insbesondere beim Transport starker Säuren und Laugen.
Siliziumkarbidkeramik wird häufig in kugelsicheren Panzerungen verwendet, beispielsweise beim Schutz von Fahrzeugen und Schiffen, sowie beim Schutz ziviler Tresore und Geldträger. Die ballistische Leistung von Siliziumkarbidkeramik ist besser als die von Aluminiumoxidkeramik, worum es geht 70% -80% von Borcarbid-Keramik. Jedoch, aufgrund seines niedrigen Preises, Es eignet sich besonders für Anlässe mit großen Mengen und Schutzpanzerungen, die nicht zu dick oder zu schwer sein dürfen.
Für Düsen werden verschiedene Keramikmaterialien verwendet, Am häufigsten wird Aluminiumoxid verwendet, Siliziumkarbid, und Borcarbidkeramik. Der Preis für Aluminiumoxid-Keramikdüsen ist niedrig, aber aufgrund ihrer geringen Härte und schlechten Verschleißfestigkeit, Sie werden hauptsächlich in Situationen eingesetzt, in denen die Sandstrahlarbeitsbelastung nicht hoch ist. Die Lebensdauer von Siliziumkarbidkeramik beträgt 3-5 mal so hoch wie bei Aluminiumoxidkeramik, was harten Legierungen entspricht. Es wird häufig als Ersatz für Hartlegierungen verwendet, insbesondere unter den Arbeitsbedingungen von Handspritzpistolen.
Mit der Entwicklung der Industrialisierung, insbesondere die Umsetzung des internationalen Standards ISO14000, Für den Transport von Flüssigkeiten, die dem Umweltschutz nicht förderlich sind, werden höhere Anforderungen gestellt. Magnetpumpen verwenden statische Dichtungen anstelle dynamischer Dichtungen wie Gleitringdichtungen und Packungsdichtungen, was zu einer geringeren Leckage führt, höhere Zuverlässigkeit, und längere Lebensdauer.
Die Anforderung an die wartungsfreie Zeit für Magnetpumpen beträgt acht Jahre, Das bedeutet, dass sie ohne Demontage acht Jahre lang im Dauerbetrieb laufen müssen. daher, An die Materialauswahl für Magnetpumpenkomponenten werden äußerst strenge Anforderungen gestellt. Die Pumpenwelle, Druckplatte, Wellenhülse, usw. in der Pumpe müssen verschleiß- und korrosionsbeständig sein. Derzeit, Nur Siliziumkarbidkeramik ist das am besten geeignete Material, das die oben genannten Bedingungen erfüllen kann.
