Reaktsiooniga seotud ränikarbiid

Tootjad otsivad energiatõhusamaid mootoreid ja soovivad asendada kriitilise tähtsusega metalle. Need eesmärgid on andnud tõuke erinevate keraamiliste materjalide ja protsesside arendamiseks. Reaktsioonisidestatud ränikarbiid on nende uuringute tulemus. Reaktsioonisidestatud ränikarbiid on ränikarbiidi liik, mida toodetakse grafiidi või poorse süsiniku ja sulatatud räni vahelise keemilise reaktsiooni tulemusel. Materjalis on mõningaid räni jälgi, mistõttu nimetatakse seda ka silikoonitud ränikarbiidiks. Tema suurepärased kulumis- ja keemilise vastupidavuse omadused muudavad selle ideaalseks kasutamiseks äärmuslikes keskkondades. Tänu suurele kõvadusele ja heale temperatuuritaluvusele sobib ränikarbiidkeraamika erinevatele rakendustele, nagu kuluvad osad ja tõukelaagrid.
Käesolevas juhendis käsitletakse reaktsioonisidestatud ränikarbiidide erinevaid aspekte, nagu nende peamised omadused ja kasutusvaldkonnad. Lisaks tutvustame erinevaid reaktsioonisidestatud ränikarbiidi tüüpe. Alustame…

Reaktsioonisidestatud ränikarbiidi töötlemine
Reaktsioonisidestatud ränikarbiid valmistatakse ränikarbiidi ja süsiniku segust, millele lisatakse vedel räni. Ränikarbiid saadakse räni ja süsiniku vahelise reaktsiooni tulemusel. Reaktsiooni järel järele jäänud poorid täidetakse räniga. Selle tulemusena saadakse tihe SiC-Si komposiit.
Osakeste suurusjaotus ning SIC-i ja süsiniku suhe varieeruvad erinevate tootjate puhul märkimisväärselt. Seetõttu toodetakse seda materjali väga erinevate omaduste ja koostistega. Näiteks ühes äärmuses on võimalik süsinikkiudu või -kangast immutada vedela räni abil. Teises äärmuses on aga võimalik valmistada veekindlat räni, milles on väike kogus süsinikku.
Lisaks sellele tootsid paljud tootjad reaktsioonisidestatud ränikarbiidi, mille koostis sisaldab orgaanilist plastifikaatorit, ränikarbiidi osakesi ja süsinikku. Segu vormitakse pressimise, ekstrudeerimise või süstvormimise teel. Lisaks on tootjatel hea kontroll komponentide tolerantside üle, kuna reaktsiooniprotsessi käigus tekkiv mõõtmete muutus on väiksem kui 1%.

Millised on reaktsioonisidestatud ränikarbiidi erinevad tüübid?
Reaktsioonisidestatud ränikarbiidil on kaks peamist tüüpi, mis on järgmised:
1. Monoliitne või tahke reaktsioonisidestatud ränikarbiid
Sellise ränikarbiidi puhul imbub räni maatriksi struktuuri. Selle tulemusena saadakse veekindel koostis. Vaba räni loob ka pinnatekstuuri, mis vähendab hõõrdumist ja pikendab seega komponendi kasutusiga.
Monoliitne reaktsioonisidestatud ränikarbiid on sobiv materjal triboloogiliste komponentide valmistamiseks. Seda kasutatakse mõõdukalt söövitavates või happelistes vedelikes, sealhulgas abrasiivsetes vedelikes, kütustes, kergetes süsivesinikes jne. Koos erinevate mehaaniliste süsinikmaterjalidega pakub see kõige suuremat PV-vastupidavust.
2. Reaktsioonisidestatud ränikarbiid grafiidiga (CMC)
Tegemist on veekindla materjaliga, millel on ainulaadne pinnatekstuur. Selle kaunis tekstuur tuleneb grafiidi ja räni sisaldusest. Sellisel ränikarbiidkeraamil on ka suurepärane soojusjuhtivus ja madalam soojuspaisumine. Need omadused muudavad selle sobivaks rakendustesse, kus esinevad erinevad hõõrdumisjõud, löögid, erosioon, kulumine, kõrged temperatuurid ja termilised šokid.

Ränikarbiidi erinevad omadused
Materjali klass määrab ränikarbiidi erinevate komponentide omadused. Näiteks näitab materjal täielikult tiheda SIC-SI komposiidi puhul toatemperatuuril suurepärast paindetugevust. Ja see omadus säilib kuni räni sulamistemperatuurini, mis on 1410 °C. Selle Youngi moodul on vahemikus 350–400 GPa.
Allpool on toodud mõned ränikarbiidi peamised omadused:
Ränikarbiidil on suurepärane vastupidavus paljudele hapetele ja leelistele.
Sellel on hea kulumis- ja oksüdeerumiskindlus.
Materjalil on hea kulumiskindlus.
Tänu suurele soojusjuhtivusele ja madalale soojuspaisumistegurile on sellel suurepärane vastupidavus termilistele šokkidele.
See säilitab oma tugevuse ka väga kõrgetel temperatuuridel.
Ränikarbiidil on hea mõõtmete stabiilsus ka keeruliste kujude puhul.

Reaktsioonisidestatud ränikarbiidi erinevad rakendused
1. Kuluvad osad ja tõukelaagrid
Sisicil on suurepärane kulumis- ja korrosioonikindlus, kõrge kõvadus ning vastupidavus kõrgetel temperatuuridel. Need omadused muudavad selle materjali ideaalseks erinevate kulumiskomponentide, nagu plaadid, kruvid ja tiivikud, valmistamiseks. Lisaks saab seda kasutada ka tõukelaagrites, mis on väga kasulikud äärmiselt suurte koormuste kandmiseks väga saastunud vedelikes.
Tänu selle olulistele omadustele saavad tootjad valmistada kompakteid laagrid, mis töötavad temperatuurivahemikus -200 °C kuni 400 °C.
2. Ahjuseadmed ja tugikomponendid
Oksüdatsioonikindlus, termilise šoki vastupidavus ja kõrge temperatuuri taluvus võimaldavad ettevõtetel toota kergekaalulisi ahjutoed. Erinevate ahjutoodete hulka kuuluvad postid, põletipihustid, õhukese seinaga talad, paigalduselemendid ja rullid.
Need tooted aitavad säästa energiat ja võimaldavad kiiremat toodete läbilaskevõimet, vähendades ahjuvagunite soojusmassit. Siiski oleks RBSC-põhine ahju peaaegu neli korda kallim võrreldes kordieriidist valmistatud ahjuga.
3. Täppiskomponendid
Pärast reaktsiooni vedela räni kanssa märkate tähtsusetult väikest mahumuutust. See omadus võimaldab teil keeruliste kujude mõõtmeid suurepäraselt kontrollida. Näiteks saate valmistada laserpeeglite toorikuid, optilisi aluseid ja kiipide käitlemisseadmeid. Need komponendid on jäigad ja kerged ning neil on suurepärane termiline stabiilsus.

Sisicit kasutatakse laialdaselt pumbalabade ja mehaaniliste tihendite valmistamisel tänu selle suurele kulumiskindlusele. Materjali omadused sõltuvad tootes sisalduva vaba grafiidi sisaldusest. Reaktsioonisidestatud ränikarbiidi kasutatakse tihendi otsa materjalina, mis toimib suurepäraselt rasketes töötingimustes.
Reaktsioonisidestatud ränikarbiid on materjal, mis sisaldab umbes 7 kuni 15% metallilist räni, väikest kogust reageerimata süsinikku ja ränikarbiidi. Neid materjale toodetakse erinevate protsesside abil, sõltuvalt lõpptoote vajadustest. Näiteks kui soovitakse toota kulumiskindlaid detaile, erinevad SiC-Si tootmisprotsessid nendest, mida kasutatakse täppisdetailide valmistamiseks. Reaktsioonisidestatud ränikarbiid sobib ideaalselt kulumiskindlateks rakendusteks, nagu vooluregulaatorid, torustiku vooderdised ja suuremad kulumiskindlad komponendid. Tänu oma suurepärastele omadustele on see paljude rakenduste jaoks ökonoomne ja usaldusväärne materjal.