Un articolo sulla comprensione delle caratteristiche e dei campi di applicazione delle ceramiche al carburo di silicio
1、 Ceramiche al carburo di silicio e loro caratteristiche prestazionali
Nel 21° secolo, con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, informazione, energia, i materiali e la bioingegneria sono diventati i quattro pilastri dello sviluppo della produttività sociale. Il carburo di silicio è caratterizzato da proprietà chimiche stabili, elevata conducibilità termica, basso coefficiente di dilatazione termica, bassa densità, buona resistenza all'usura, elevata durezza, elevata resistenza meccanica e resistenza alla corrosione chimica, si è sviluppato rapidamente nel campo dei materiali ed è ampiamente utilizzato in campi come i cuscinetti a sfere in ceramica, valvole, materiali semiconduttori, giroscopi, strumenti di misura, aerospaziale, eccetera.
La ceramica al carburo di silicio iniziò a svilupparsi negli anni '60, prima della quale il carburo di silicio veniva utilizzato principalmente per materiali di macinazione meccanica e materiali refrattari. I paesi di tutto il mondo attribuiscono grande importanza all’industrializzazione della ceramica avanzata, e ora non si accontentano più di preparare le tradizionali ceramiche al carburo di silicio. Le imprese che producono ceramiche high-tech si stanno sviluppando più velocemente, soprattutto nei paesi sviluppati. Negli ultimi anni, le ceramiche multifase basate sulla ceramica al carburo di silicio sono emerse una dopo l'altra, migliorare la tenacità e la resistenza dei singoli materiali. Le quattro principali aree di applicazione del carburo di silicio sono le ceramiche funzionali, materiali refrattari avanzati, abrasivi, e materie prime metallurgiche.
2、 Esempi di applicazione delle ceramiche al carburo di silicio
1. Utensili abrasivi al carburo di silicio
Il carburo di silicio ha un'elevata durezza e può essere preparato in varie mole, carta vetrata, e abrasivi, utilizzato principalmente nell'industria delle lavorazioni meccaniche. La durezza Mohs del carburo di silicio è 9.2-9.6, seconda solo al diamante e al carburo di boro, ed è un abrasivo comunemente usato. La composizione chimica degli abrasivi al carburo di silicio comprende il carburo di silicio, carbonio libero, e Fe2O3. La composizione chimica specifica degli abrasivi è mostrata nella Tabella 2. Maggiore è il contenuto di carburo di silicio, migliore è la sua durezza e prestazione di macinazione. Il carburo di silicio industriale in Cina viene utilizzato principalmente come abrasivo. Gli abrasivi sono ampiamente utilizzati nell'industria, soprattutto quando si lavorano pezzi duri o di alta precisione, e gli strumenti abrasivi sono essenziali.
Le mole sono anche strumenti essenziali per la rettifica di utensili da taglio e il taglio di materiali duri. La mola in carburo di silicio è uno strumento di macinazione solido circolare con un foro passante centrale realizzato in resina abrasiva e legante, ed è il più comunemente usato negli stampi. I componenti principali del carburo di silicio sono il carburo di silicio nero e il carburo di silicio verde. Il carburo di silicio nero ha una durezza inferiore rispetto al carburo di silicio verde, e viene utilizzato per macinare materiali con durezza inferiore, come ghisa e materiali non metallici; Il carburo di silicio di alluminio è adatto per la rettifica di leghe dure, vetro ottico, lega di carbonio e simili. Esiste anche un tipo di carburo di silicio cubico appositamente progettato per la rettifica ultraprecisa di microcuscinetti. Tra gli altri abrasivi con la stessa dimensione delle particelle, il carburo di silicio cubico ha la massima efficienza di lavorazione.
Nel settore della produzione automobilistica, l'accoppiamento tra fascia elastica e cilindro, tra la valvola e la sede della valvola, e la precisione della trasmissione e degli ingranaggi richiedono lavorazioni abrasive e stampi.
2. Materiale composito al carburo di silicio
Compositi a base di carburo di silicio (SiC-CMC) sono stati ampiamente utilizzati nelle strutture termiche ad alta temperatura nel campo aerospaziale grazie alla loro elevata tenacità, molta forza, ed eccellente resistenza all'ossidazione. Il processo di preparazione del SiC-CMC comprende la preformatura delle fibre, trattamento ad alta temperatura, rivestimento mesofase, densificazione della matrice, e post trattamento. La fibra di carbonio ad alta resistenza ha un'elevata resistenza e una buona tenacità, e il corpo prefabbricato che ne deriva ha buone proprietà meccaniche.
Il rivestimento mesofase (cioè. tecnologia di interfaccia) è una tecnologia chiave nel processo di preparazione. I metodi per preparare il rivestimento mesofase comprendono l'infiltrazione di vapori chimici (CVI), deposizione chimica da vapore (CVD), gel solare (Sol gcl), e pirolisi di impregnazione di polimeri (PLP). Il metodo CVI e il metodo PIP sono i più adatti per preparare compositi a matrice di carburo di silicio.
I materiali utilizzati per i rivestimenti di interfaccia includono carbonio pirolitico, nitruro di boro, e carburo di boro, tra cui il carburo di boro sta ricevendo crescente attenzione come rivestimento di interfaccia antiossidante. SiC-CMC, che viene solitamente utilizzato per lungo tempo in condizioni di ossidazione, necessita inoltre di subire un trattamento di resistenza all'ossidazione depositando uno strato di circa 100 spesso sulla superficie del prodotto attraverso il processo CVD, il denso carburo di silicio di μ M ne migliora la resistenza all'ossidazione alle alte temperature.
3. Sfera in ceramica al carburo di silicio
Le sfere ceramiche in carburo di silicio hanno eccellenti proprietà meccaniche, eccellente resistenza all'ossidazione, elevata resistenza all'usura, e basso coefficiente di attrito. Le sfere ceramiche in carburo di silicio hanno un'elevata resistenza alle alte temperature, e la resistenza dei normali materiali ceramici diminuirà significativamente a 1200~1400 gradi Celsius. Tuttavia, la resistenza alla flessione del carburo di silicio rimane ad un livello elevato di 500~600MPa 1400 gradi Celsius, quindi la sua temperatura di lavoro può raggiungere 1600 ~ 1700 gradi Celsius.
Ambito di applicazione delle sfere ceramiche in carburo di silicio: Sono stati ampiamente utilizzati in settori come il petrolio, Ingegneria Chimica, microelettronica, automobili, aerospaziale, aviazione, fabbricazione della carta, laser, estrazione, ed energia atomica. Il carburo di silicio è stato ampiamente utilizzato nei cuscinetti ad alta temperatura, piatti, ugelli, componenti resistenti alla corrosione ad alta temperatura, così come componenti di apparecchiature elettroniche nella gamma ad alta temperatura e alta frequenza.
4. Altre applicazioni
La ceramica al carburo di silicio è un materiale ideale per la produzione di anelli di tenuta. Se accoppiato con materiale di grafite, il suo coefficiente di attrito è inferiore a quello della ceramica di allumina e della lega dura, e ha buone prestazioni autolubrificanti. Perciò, può essere utilizzato per valori PV elevati, migliorare la durata e l'affidabilità di funzionamento dei componenti di tenuta, soprattutto nel trasporto di acidi e alcali forti.
Le ceramiche al carburo di silicio sono ampiamente utilizzate nelle armature antiproiettile, come nella protezione di veicoli e navi, nonché nella protezione delle casseforti civili e dei portavalori. Le prestazioni balistiche della ceramica al carburo di silicio sono migliori di quelle della ceramica all'ossido di alluminio, di cui si tratta 70% -80% di quello della ceramica al carburo di boro. Tuttavia, grazie al suo prezzo basso, è particolarmente adatto per occasioni con grandi quantità e armature protettive che non possono essere troppo spesse o pesanti.
Esistono vari materiali ceramici utilizzati per gli ugelli, comunemente usato è l'allumina, carburo di silicio, e ceramiche al carburo di boro. Il prezzo degli ugelli in ceramica di allumina è basso, ma a causa della loro bassa durezza e scarsa resistenza all'usura, vengono utilizzati principalmente in situazioni in cui il carico di lavoro della sabbiatura non è elevato. La durata della ceramica al carburo di silicio è 3-5 volte quello della ceramica di allumina, che è equivalente alle leghe dure. Viene spesso utilizzato come sostituto delle leghe dure, soprattutto nelle condizioni di lavoro delle pistole a spruzzo portatili.
Con lo sviluppo dell'industrializzazione, in particolare l'implementazione dello standard internazionale ISO14000, sono stati proposti requisiti più elevati per il trasporto di liquidi che non favoriscono la protezione dell'ambiente. Le pompe magnetiche utilizzano tenute statiche invece di tenute dinamiche come tenute meccaniche e tenute a baderna, con conseguente perdita minore, maggiore affidabilità, e una maggiore durata.
Il requisito del tempo libero da manutenzione per le pompe magnetiche è di otto anni, il che significa che devono funzionare ininterrottamente per otto anni senza smontaggio. Perciò, vengono imposti requisiti estremamente severi per la selezione dei materiali per i componenti delle pompe magnetiche. L'albero della pompa, piastra di spinta, manicotto dell'albero, eccetera. nella pompa deve essere resistente all'usura e alla corrosione. Attualmente, solo le ceramiche al carburo di silicio sono i materiali più adatti in grado di soddisfare le condizioni di cui sopra.
