Verarbeitung von keramischem Siliziumkarbid – Verfahren, Anwendungen und Arten

Präzisionsgefertigte Komponenten aus gesintertem Siliziumkarbid, verarbeitet von Singapore Fountyl Technologies PTE Ltd. Bei allen Anwendungen, die hochpräzise technische Komponenten erfordern, ist es wichtig, die Schwierigkeiten bei der Verarbeitung von Siliziumkarbid zu erkennen. Trotz seines hohen Härtewertes handelt es sich immer noch um ein relativ sprödes Material, das nur mit Diamantschleiftechniken bearbeitet werden kann. Daher sind Bearbeitungsvorgänge durch qualifizierte und erfahrene Bediener von Vorteil, da falsche Verfahren zu Schäden unter der Oberfläche und Mikrorissen führen können, die zu einem vorzeitigen Ausfall führen können, sobald das Bauteil im Einsatz einer Arbeitsbeanspruchung ausgesetzt ist.

Synthetisches Siliziumkarbid:

Normalerweise wird Siliziumkarbid nach dem Acheson-Verfahren hergestellt, bei dem Quarzsand und Kohlenstoff in einem Acheson-Graphit-Widerstandsofen auf hohe Temperaturen erhitzt werden. Es kann feines Pulver oder gebundene Klumpen bilden und muss zerkleinert und gemahlen werden, bevor es als Pulverrohstoff verwendet werden kann. Sobald das Siliziumkarbid in Pulverform vorliegt, können die Körner der Verbindung durch Sintern miteinander verbunden werden, um eine sehr nützliche technische Keramik zu bilden, die in vielen Fertigungsindustrien vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet.

Arten von Siliziumkarbid:

Siliziumkarbidprodukte für kommerzielle technische Anwendungen werden in drei Formen hergestellt. Diese sind:

Gesintertes Siliziumkarbid (SSC)

Nitridgebundenes Siliziumkarbid (NBSC) und

Reaktiv gebundenes Siliziumkarbid (RBSC)

Weitere Varianten der Verbindung umfassen tongebundenes Siliziumkarbid und SiAlon-gebundenes Siliziumkarbid. Es gibt auch ein chemisch aus der Dampfphase abgeschiedenes Siliziumkarbid namens CVD-Siliziumkarbid, bei dem es sich um eine äußerst reine Form der Verbindung handelt.

Um Siliziumkarbid zu sintern, ist es notwendig, ein Sintermittel hinzuzufügen, das bei der Sintertemperatur zur Bildung einer flüssigen Phase beiträgt und dadurch die Siliziumkarbidkörner miteinander verbindet.

Hauptanwendungen von Siliziumkarbid:

Siliziumkarbid findet in verschiedenen Branchen vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Aufgrund seiner physikalischen Härte eignet es sich ideal für die abrasive Bearbeitung beim Schleifen, Honen, Sandstrahlen und Wasserstrahlschneiden.

Siliziumkarbid hält sehr hohen Temperaturen stand, ohne zu brechen oder sich zu verformen, und wird zur Herstellung von Keramikbremsscheiben für Sportwagen verwendet. Es wird auch in kugelsicheren Westen als Panzerungsmaterial und als Dichtungsringmaterial für Wellendichtungen von Pumpen verwendet, wo es bei Kontakt mit ähnlichen Siliziumkarbid-Dichtungen häufig bei hohen Geschwindigkeiten arbeitet. Einer der Hauptvorteile dieser Anwendungen ist die hohe Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid, das in der Lage ist, die an der Reibungsschnittstelle erzeugte Reibungswärme abzuleiten.

Die hohe Oberflächenhärte des Materials ermöglicht den Einsatz in vielen technischen Anwendungen, die ein hohes Maß an Gleit-, Erosions- und Korrosionsverschleiß erfordern. Normalerweise kann dies für Komponenten verwendet werden, die in Pumpen verwendet werden, oder beispielsweise für Ventile in Ölfeldanwendungen, bei denen herkömmliche Metallkomponenten übermäßige Verschleißraten aufweisen können, die zu einem schnellen Ausfall führen können.

Die Verbindung verfügt als Halbleiter über einzigartige elektrische Eigenschaften und eignet sich daher ideal für die Herstellung von ultraschnellen und Hochspannungs-Leuchtdioden, MOSFETs und Thyristoren für Hochleistungsschalter.

Das Material verfügt über einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine geringe Härte, Steifigkeit und Wärmeleitfähigkeit und ist damit ein ideales Spiegelmaterial für astronomische Teleskope. Siliziumkarbidfasern, sogenannte Filamente, werden zur Messung der Gastemperatur mithilfe einer optischen Technik namens Filamentpyrometrie verwendet.

Es wird auch für Heizelemente verwendet, die an extrem hohe Temperaturen angepasst werden müssen. Es wird sogar in der Kernenergie zur strukturellen Unterstützung von gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren eingesetzt.