יישום של סיליקון קרביד בחומרים עקשנים

סיליקון קרביד הוא שני רק ליהלום בקשיותו ובעל עמידות בפני שחיקה חזקה. זהו חומר אידיאלי עבור צינורות עמידים בפני שחיקה, אימפלרים, תאי משאבה, ציקלונים, וציפויי היכל המכרות. עמידות הבלאי שלו היא 5 אחוזים מחיי השירות של ברזל יצוק וגומי. -20 פעמים, זהו גם אחד החומרים האידיאליים למסלולי טיסות תעופה. אבקת הסיליקון קרביד מצופה על הדופן הפנימית של אימפלר הטורבינה או בלוק הצילינדר בתהליך מיוחד, שיכול לשפר את עמידות הבלאי שלה ולהאריך את חיי השירות פי 1 עד 2.

בשל המוליכות התרמית הגבוהה ומקדם ההתפשטות התרמית הקטן של סיליקון קרביד, העמידות בפני זעזועים תרמיים של חסיני סיליקון קרביד טובה מאוד. העמידות בפני זעזועים תרמיים של מוצרי סיליקון קרביד קשורה קשר הדוק גם לסוג ולמאפיינים של בסיס ההדבקה.

הבדיקה מוכיחה: הכניסו את הדגימה לתנור החשמלי ב-1200 מעלות וחממו אותה למשך 20 דקות, ואז הוציאו אותה וצננו אותה באוויר ומדדו את השינוי במודול האלסטי. מודול האלסטי של מוצרי סיליקון קרביד הקשורים בסיליקון מראה מגמת ירידה עדינה יחסית והדרגתית עם עלייה במספר מבחני הלם קור ותרמי, בעוד שמוצרי סיליקון קרביד הקשורים בסיליקון ניטריד שונים. לפני 30 מבחני מחזור קר, האלסטיות שלו המודול משתנה מעט מאוד עם העלייה במספר מבחני ההלם התרמי, ויכול לשמור על ערך קבוע למדי. עם זאת, לאחר 31 בדיקות הלם תרמי, מודול האלסטיות של המדגם יורד במהירות ונשבר בפתאומיות. מוצרי סיליקון קרביד הקשורים לסיליקון אוקסיניטריד דומים למוצרי סיליקון קרביד הקשורים בסיליקון, ואין כשל פתאומי. מודול האלסטי מראה מגמת ירידה עדינה עם הגידול במספר מבחני ההלם התרמי.

בתהליך היישום בפועל, מכיוון שניתן לראות את מוצר הסיליקון קרביד המחובר לסיליקט מתרחב, נסדק ומתעוות לאחר שהוא נתון להלם תרמי, ניתן לחזות בקלות את חיי השירות של החומר.

בשל המוליכות התרמית הטובה של סיליקון קרביד עצמו, המוליכות התרמית של חומרים עקשנים בעלי תכולת סיליקון קרביד גבוהה גבוהה יותר, והמוליכות התרמית היא לרוב יותר מ-14.4W/(m•K). משמש עבור מחליפי חום, סאגרים, קירות מים של מגזי פחם, מוצרי ריהוט כבשנים לחימום עקיף וכו'. המוליכות התרמית של משטח החלקיקים של מוצרי סיליקון קרביד תקטן בהדרגה במהלך השימוש. למאפיינים של חומר הבסיס המקשר יש השפעה מסוימת על המוליכות התרמית של מוצרי סיליקון קרביד.

לסיליקון קרביד עמידות טובה לחמצון. החמצון חלש מתחת ל-1300 מעלות, והחמצון הברור מתרחש מעל 1300 מעלות. החמצון מייצר סרט מגן מזכוכית SiO2, שיכול לעכב את החמצון של סיליקון קרביד.

עמידות החמצון של מוצרים חסיני סיליקון קרביד משתנה באופן משמעותי גם עם סוג חומר הבסיס המקשר. ניתן להסביר את עמידות החמצון הנמוכה של מוצרי סיליקון קרביד בשילוב סיליקון ניטריד על ידי המאפיינים המיקרו-סטרוקטורליים שלהם. מכיוון שחומר הבסיס של מוצרי סיליקון קרביד הקשורים לסיליקון ניטריד הוא בצורה של סיבים שזורים, חדירות הגז גבוהה, והאפקט המגן על חלקיקי סיליקון קרביד קטן; בעוד במוצרי סיליקון קרביד הקשורים בסיליקון ובסיליקון אוקסיניטריד, פני השטח של חלקיקי הסיליקון קרביד מכוסים בחומר בסיס רציף, ולכן יש לו תכונות אנטי חמצון חזקות. תכונות עמידות החמצון של סיליקון קרביד קשור סיליקון וסיליקון אוקסיניטריד קשור סיליקון קרביד מראות התנהגות דומה בבדיקות לעיל, אך יכולות להראות בבירור הבדלים ביניהם בשימוש ארוך טווח.

SiC היא תרכובת בעלת קשר קוולנטי חזק, שעדיין שומרת על חוזק קשר גבוה בטמפרטורה גבוהה, ולכן ל-SiC יש יציבות כימית טובה ולא יישחק על ידי רוב התמיסות על בסיס חומצה. לסיליקון קרביד זווית הרטבה גדולה יותר עם מתכת מותכת וסיגים. בהשוואה לחומרי עקשן תחמוצת, יש לו עמידות בפני קורוזיה טובה למוצקים, נוזלים וגזים שונים. לדוגמה, מוצרי יציקה של Al2O3-SiC-C המשמשים במערכות לייצור ברזל, לבנים מעוצבות בסיליקון לכבשני מלט וליציקות המכילות סיליקון קרביד, כלי תגובה שונים על בסיס חומצה וכו'.

סיליקון קרביד הוא תרכובת קוולנטית אופיינית בעלת תכונות מצוינות רבות, כגון עמידות בפני שחיקה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה, מוליכות תרמית גבוהה, יציבות כימית גבוהה, פער פס רחב וניידות אלקטרונית גבוהה. הוא נמצא בשימוש נרחב בחומרים שוחקים, חסיני אש, קרמיקה פונקציונלית, אביזרים מתכות ותעשיות אחרות. עם התפתחות הכלכלה החברתית והטכנולוגיה, גם סיליקון קרביד ישמש בתחומים נוספים.