Co je keramika z karbidu křemíku a její vlastnosti

Keramika z karbidu křemíku jsou sloučeniny vytvořené reakcí uhlíku a oxidu křemičitého (SiO ₂) za podmínek vysoké teploty. Karbid křemíku (SiC) je sloučenina se silnými kovalentními vazbami, s iontovou vazbou Si-C pouze asi 12 %. Proto má vysokou tvrdost, tepelnou stabilitu, odolnost proti korozi, vynikající odolnost proti oxidaci, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tření.
Keramika z karbidu křemíku má nejen vynikající mechanické vlastnosti při pokojové teplotě, jako je vysoká pevnost v ohybu a dobrá odolnost proti korozi, ale má také nejlepší mechanické vlastnosti za vysokých teplot (jako je pevnost, odolnost proti tečení atd.) ze známých keramických materiálů. Vysokoteplotní pevnost materiálů slinovaných lisováním za tepla, beztlakovým slinováním a izostatickým lisováním za tepla lze udržet až do 1600, což z nich dělá nejlepší materiály s vysokou pevností mezi keramickými materiály. Kromě toho je tepelná vodivost keramiky z karbidu křemíku také relativně vysoká, na druhém místě za keramikou s oxidem beryllia v keramice.
Procesy přípravy keramiky z karbidu křemíku zahrnují hlavně reakční slinování, vylepšené slinování, tvarování rozprašováním a tvarování lisováním za tepla. Tyto procesní metody mají své vlastní charakteristiky a vhodné procesy přípravy lze vybrat podle různých potřeb a aplikačních scénářů.
Mezi hlavní vlastnosti keramiky z karbidu křemíku patří:
1. Vysoká teplotní stabilita: Může si udržet dobrou mechanickou pevnost a chemickou stabilitu v prostředí s vysokou teplotou a může pracovat při teplotách až 1600 nebo dokonce vyšších (přesahujících 1400 za specifických podmínek), což z něj činí ideální volbu pro vysokoteplotní konstrukční materiály .
2. Vysoká pevnost a tvrdost: Má vysokou pevnost v tlaku, pevnost v tahu a tvrdost, s tvrdostí podle Mohse blízkou úrovni 9, na druhém místě za diamantem, a vynikající odolností proti opotřebení.
3. Dobrý tepelný výkon: vysoká tepelná vodivost a nízký koeficient tepelné roztažnosti, což znamená, že má dobrou rozměrovou stálost při změnách teploty a nelze jej snadno deformovat v důsledku tepelné roztažnosti a smršťování.
4. Odolnost proti korozi a oxidaci: Má dobrou odolnost vůči většině kyselých a alkalických médií a mnoha oxidačním atmosférám.
5. Dobrý elektrický výkon: Karbid křemíku je polovodičový materiál s jedinečnými elektrickými vlastnostmi, který lze použít jako izolační nebo vodivé komponenty ve výkonových elektronických zařízeních a v prostředích s vysokou teplotou.
6. Struktura pórů: Porézní keramiku z karbidu křemíku lze připravit do struktur s vysokou porézností, které lze použít pro různé aplikace, jako je filtrace, zvuková izolace a tepelná izolace.
Keramika z karbidu křemíku se široce používá ve vysokoteplotních ložiskách, neprůstřelných deskách, tryskách, součástech leteckých motorů, systémech úpravy výfukových plynů automobilů, součástech odolných proti opotřebení (jako jsou čerpadla a ventily, potrubí), součástech vysokoteplotních pecí, elektronických součástkách (např. jako vysokoteplotní polovodičová zařízení), vysokoteplotní korozivzdorné součástky a součástky elektronických zařízení ve vysokoteplotním a vysokofrekvenčním rozsahu díky svým jedinečným vlastnostem. V chemickém a metalurgickém průmyslu se materiály z karbidu křemíku často používají jako vyzdívky pecí nebo kelímky, které odolávají erozi roztaveného železa, strusky a alkalických kovů. Kromě toho má keramika z karbidu křemíku také důležité aplikace v energetice, ochraně životního prostředí a průmyslových pecích.
Stručně řečeno, keramika z karbidu křemíku je vysoce výkonný keramický materiál s širokými aplikačními vyhlídkami a očekává se, že v budoucnu bude aplikován ve více oblastech.