Ինչու՞ նիտրիդով կապակցված սիլիցիումային կարբիդը կորցնում է ամրությունը օքսիդացնող միջավայրերում 8–12 ամիս անց

Ես տասներկու տարի աշխատել եմ Շանհայի և հարակից կերամիկական ու մետալուրգիական գործարանների բարձր ջերմաստիճանի սարքավորումների հետ։ Նիտրիդային կապակցված սիլիցիումային կարբիդի հետ կապված ամենահաճախ հանդիպող խնդիրներից մեկը այն է, որ վառարանի դարակները, թերթիկները և ամրակները տեղադրելիս ամուր են թվում, սակայն մի քանի ամիս սովորական շահագործումից հետո սկսում են ճաքել կամ ճկվել այն բեռների տակ, որոնք նախկինում առանց խնդիրների էին դիմանում։ Շատ օպերատորներ ենթադրում են, որ նյութը պարզապես “ծերացել” է կամ որ թխման ցիկլը չափազանց ագրեսիվ է եղել։ Իմ աշխատած գծերում իրական շարժառիթը նիտրիդային կապակցման փուլի աստիճանական օքսիդացումն է, երբ մակերեսը բարձր ջերմաստիճանում օդի հետ շփման մեջ է մտնում։.

Նիտրիդային կապակցված սիլիցիում-կարբիդը հիմնված է սիլիցիում-նիտրիդային մատրիցի վրա՝ սիլիցիում-կարբիդային հատիկները միասին պահելու և մասի ամրությունն ու ջերմային ցնցումների դիմադրությունը ապահովելու համար։ Փոքրացուցիչ կամ նեյտրալ մթնոլորտում այդ կապը համեմատաբար կայուն է մնում։ Երբ վառարանը կամ ջեռոցը աշխատում է ավելորդ օդով՝ ինչը հաճախ հանդիպում է պարբերական կերամիկական թխումների կամ որոշ մետաղների ջերմային մշակման ցիկլերի ժամանակ, թթվածինը հարձակվում է նիտրիդի վրա։ Մակերեսին և, առավել կարևոր՝ հատիկների սահմաններում, ձևավորվում է բարակ սիլիկայով հարուստ շերտ։ Մասնիկը հանկարծակի չի փլուզվում. այն աստիճանաբար կորցնում է ծռման ամրությունը և դառնում ավելի զգայուն ջերմային թեքումների նկատմամբ. ես պարբերաբար տեսնում եմ այնպիսի թիթեղներ, որոնց ամրությունը նոր վիճակում չափվել է 40 ՄՊա-ից բարձր, սակայն 1200 °C և սենյակային ջերմաստիճանի միջև ամենօրյա ջերմային ցիկլերի 8–12 ամիս անց նվազել է մինչև 20-ականների ստորին սահմանները.

Գործնական հետևանքը արտահայտվում է երկու ձևով։ Առաջին՝ դարակներում առաջանում են մազանման ճաքեր, որոնք սկսվում են եզրերից կամ աջակցության կետերի շուրջից և տարածվում են իրենց սեփական քաշի և բեռի ազդեցությամբ։ Երկրորդ՝ արդյունավետ բեռակիր կարողությունը նվազում է դեռևս մինչև տեսանելի ճաքերի հայտնվելը, ուստի օպերատորները կամ նվազեցնում են յուրաքանչյուր դարակում տեղադրվող իրերի քանակը, կամ ընդունում են ավելի բարձր կոտրվածքների մակարդակ։ Երկու դեպքում էլ գործարանը ստիպված է լինում փոխարինել կահույքը ավելի շուտ, քան նախատեսված էր սկզբնական գնման հաշվարկներում։ Անընդմեջ պուշերային կամ գլանափող վառարաններով, որոնք ունեն ավելի խիստ մթնոլորտային վերահսկողություն, գործարանները սովորաբար ստանում են նույն կարգի կահույքի ավելի երկար ծառայողական ժամկետ, մինչդեռ Շանհայի շրջանում տարածված ընդհատվող խմբային վառարանները խնդիրը ավելի արագ են ցուցադրում, քանի որ յուրաքանչյուր հովացման ընթացքում թարմ օդը հասնում է տաք մակերեսներին։.

Իրականում քայքայման դանդաղեցումը պարզ է, երբ կապի փուլը համարում ես սահմանափակող գործոն։ Պահպանեք գագաթնակետային ջերմաստիճանը և ջերմաստիճանում գտնվելու ժամանակը հնարավորինս ցածր՝ որքան թույլ է տալիս գործընթացը։ Յուրաքանչյուր լրացուցիչ 50 °C, որը գերազանցում է 1350 °C-ը, նկատելիորեն արագացնում է վերադարձված մասերի վրա չափվող օքսիդացման արագությունը։ Երբ վառարանի կառուցվածքը թույլ է տալիս, կարճ մաքրող փուլը կամ բարձր ջերմաստիճանի պահման ընթացքում թեթևակի ռեդուկտիվ մթնոլորտը բավականաչափ նվազեցնում է թթվածնի մասնակի ճնշումը՝ օգտագործման ժամկետը մի քանի ամսով երկարացնելու համար։ Նույնքան կարևոր է մեխանիկական բեռնումը։ Նիտրիդային կապակցված SiC-երը, որոնք աջակցվում են միայն ծայրերից և կրում ծանր, անհավասար մաշվածության բեռներ, զարգացնում են ավելի բարձր ձգողական լարվածություններ ստորին մակերեսի վրա; երբ մակերեսը թուլացել է օքսիդացման հետևանքով, այդ լարվածությունները ճեղքեր առաջացնում են ավելի վաղ։ Երեք կետանի կամ շարունակական աջակցության անցումը, կամ պարզապես յուրաքանչյուր թերթիկի վրա ընկած առավելագույն բեռի 15–20 %-ով նվազեցումը հաճախ վերականգնում է սկզբնական փոխարինման միջակայքը առանց նյութի դասի փոփոխության։.

Ես նաև ստուգում եմ վերադարձված թիթեղները օքսիդացված շերտի հաստության համար։ Մի քանի հարյուր միկրոն հաստությամբ միատարր բաց մոխրագույն մակերեսային շերտը նորմալ է; եզրերում տեղայնացված ավելի հաստ կեղտի կուտակումները կամ փոշիացումը սովորաբար նշանակում են կամ վառարանում գերտաքացած կետի առկայություն, կամ առաջարկվող սահմանաչափից բարձր ջերմային ազդեցության երկարատև ենթարկում։ Այն գործարանները, որոնք գրանցում են մթնոլորտային ցուցանիշները և առավելագույն դարակային բեռը՝ առաջին ճաքերի հայտնվելուց առաջ անցած ցիկլերի թվի հետ միասին, սովորաբար կարող են միջին ծառայողական ժամկետը մոտ 10 ամսից հասցնել 14–16 ամսի նույն նիտրիդով կապակցված SiC-ի վրա։ Իսկ նրանք, ովքեր շարունակում են օգտագործել սկզբնական խիտ բեռնման սխեման և ամբողջովին օդային մթնոլորտը, պարզապես փոխարինում են թիթեղները ավելի կարճ և ավելի թանկ ժամանակացույցով և շարունակում են զարմանալ, թե ինչու նոր հավաքածուն չի տևում ավելի երկար, քան նախորդը։.

Նյութը ինքնին կարող է երկար ծառայել, եթե կապակցման փուլը պաշտպանված է։ Դաշտում ես նկատած տարբերությունը գրեթե երբեք հումքի որակի հանկարծակի փոփոխություն չէ, այլ այն է՝ արդյոք գործարանը օքսիդացումն ու բեռնվածությունը դիտարկում է որպես վերահսկելի փոփոխականներ, թե որպես անխուսափելի ֆոնային պայմաններ։.