Rekristalizuotas silicio karbidas (RSiC / RSC) — skirtas krosnių įrangai, degiklių tūtoms ir aukštos temperatūros konstrukcinėms dalims

Jei jūsų krosnies ciklo temperatūra viršija 1450 °C, procese vyksta greitas kaitinimas ir aušinimas, o aglomeravimo priedas arba laisvojo silicio fazė taptų silpnąja grandimi – tai yra medžiagos aprašymas, kurį turėtumėte perskaityti prieš nurodydami reikalavimus. RSiC nėra “dar viena SiC rūšis”. Tai yra ta rūšis, kurią pasirenkate, kai atsparumas terminiam šokui ir cheminis grynumas yra svarbesni nei didžiausias tankis.

Vienintelis skirtumas, nuo kurio priklauso kiekvienas tolesnis sprendimas

Daugumoje tiekėjų puslapių nurodomas RSiC tankis, poringumas ir stipris, ir tuo viskas baigiasi. Ši informacija yra būtina, tačiau nepakankama. Sprendimui priimti svarbus klausimas yra toks: kodėl kas nors sąmoningai rinktųsi silicio karbidą su 10–20% atviru poringumu, o ne tankų SSiC, kuris techniniuose duomenyse atrodo geriau?

Atsakymas slypi mikrostruktūroje. RSiC gaunamas sukepinant labai gryno SiC miltelius maždaug 2200–2450 °C temperatūroje be sukepinimo priedų. Silicio karbido grūdai auga pagal garavimo–kondensavimo mechanizmą, tarp grūdų susidarydami tiesioginius junginius. Medžiaga degimo metu susitraukia labai nedaug, o erdvė, kurią tankus SiC užpildytų su aglomeravimo priedais arba laisvu siliciu, lieka kaip susijęs, atviras poringumas. Šis poringumas nėra gamybos defektas. Tai funkcinė savybė, suteikianti RSiC atsparumą terminiams smūgiams ir cheminį inertiškumą.

Tai yra vertinimo kriterijus, kuris atskiria pirkėją, suprantantį SiC rūšis, nuo to, kuris lygina tik tankio stulpelį.

RSiC, SSiC ir SiSiC/RBSiC: pasirinkimo lentelė, kurios dauguma tiekėjų nepateikia savo produktų puslapiuose

Prekė	RSiC (rekristalizuotas)	SSiC (sukepintas be slėgio)	SiSiC / RBSiC (sujungti reakcijos būdu)
SiC grynumas	≥99%, be sukepinimo priedo	Paprastai >98%, sudėtyje yra boro ir anglies sukepinimo priedų	SiC karkasas + 8–15% be silicio
Atviras poringumas	10–20% (veikiantis, prijungtas)	Paprastai <2–3%	Beveik nulis (poros užpildytos siliciu)
Maksimali eksploatacijos temperatūra (oras)	~1600–1650 °C	~1500–1550 °C (priklauso nuo pagalbinės medžiagos)	Ilgalaikis veikimas ribojamas iki ~1400 °C (laisvasis Si tampa minkštesnis)
Atsparumas terminiam šokui	Puiku — pagrindinė priežastis, dėl kurios pasirenkamas RSiC	Geras, tačiau riboja tankesnis korpusas ir pagalbinės priemonės	Vidutinis; laisvasis silicis sukuria žemos lydymosi temperatūros fazę
Atsparumas cheminėms medžiagoms	Puiku — nėra laisvojo silicio, nėra stiklinės fazės grūdų ribose	Gerai, tačiau sinteravimo priedai gali išsiplauti esant agresyvioms cheminėms medžiagoms	Laisvasis silicis riboja atsparumą stiprioms šarmoms ir HF
Tipinė geometrija / sąnaudų logika	Plokštės, sijos, vamzdžiai, antgaliai — plonasienių ir terminio ciklavimo būdu apdorotų detalių	Tankios nusidėvėjimo dalys, sandarikliai, smulkūs tikslūs komponentai	Didelės, sudėtingos, beveik galutinės formos detalės kai svarbesnė yra kaina nei maksimali temperatūra

Atrankos taisyklė: suderinti pažymį su temperatūra, aplinka, cheminis sąlytis ir terminis ciklas — o ne santrumpa “SiC”.” Jei taikymo srityje reikalingas tankus, mažo poringumo paviršius, skirtas sandarumui užtikrinti ar nusidėvėjimui atlaikyti, RSiC nėra tinkamas pasirinkimas. Jei taikymo srityje vyksta pakartotinis greitas kaitinimas ir aušinimas virš 1450 °C, o laisvojo silicio arba sukepinimo pagalbinė fazė taptų gedimo priežastimi, RSiC dažnai yra vienintelė SiC rūšis, kuri išlaiko savo savybes.

Techninės specifikacijos – skaičiai, kurie svarbūs rengiant specifikacijas ir atliekant priėmimo patikrinimą

Toliau pateiktoje lentelėje nurodytas nekilnojamojo turto asortimentas, kurį turėtumėte naudoti kaip orientacinis rodiklis, vertinant bet kurio RSiC tiekėjo techninių duomenų lapą. Vertės priklauso nuo grūdelių dydžio, formavimo būdo ir degimo profilio; tiekėjui, nurodančiam vieną skaičių be intervalo, reikėtų paprašyti pateikti bandymo standartą ir mėginio geometriją.

Parametras	Tipinis RSiC asortimentas	Inžinerinė pastaba
SiC kiekis	≥99 % masės %	Nenaudojama sukepinimo medžiaga tai išskirtinis teiginys apie grynumą; paprašykite atlikti ICP arba XRF patikrinimą.
Tūrinis tankis	2,0–2,75 g/cm³	Mažesnė vertė rodo didesnį poringumą; vien tik tankis nėra kokybės vertinimo kriterijus.
Atviras poringumas	10–20% (funkcinės klasės)	Svetainė prijungtas Poringumo pobūdis turi įtakos pralaidumui ir atsparumui terminiam šokui, o ne tik jo procentinė dalis.
Lenkimo stipris (RT)	~80–110 MPa	RSiC yra ne aukščiausio stiprumo SiC; jo nenaudokite nešančioms konstrukcinėms dalims, kurioms SSiC būtų stipresnis.
Lenkimo stipris (1200 °C)	~90–110 MPa	Stiprumo išlaikymas esant tam tikrai temperatūrai yra pagrindinis privalumas, palyginti su laisvo silicio turinčiomis rūšimis.
Maksimali eksploatacijos temperatūra (oras)	~1600–1650 °C	Be to, oksidacijos kinetika pagreitėja; atsparumas inertinėje aplinkoje gali siekti ~1800 °C.
Maksimali eksploatacijos temperatūra (inertinė)	~1800 °C	Lygindami tiekėjų teiginius, aiškiai nurodykite atmosferos sąlygas.
Šilumos laidumas (RT)	~23 W/m·K	Vidutinis, ne aukščiausias tarp SiC rūšių, tačiau tinkamas krosnių įrangai ir spinduliavimo vamzdžiams.
CTE (20–1000 °C)	~4,6–4,8 × 10⁻⁶ /K	Mažas plėtimosi koeficientas yra medžiagos lygio pagrindas atsparumui terminiam šokui.
Terminio šoko parametras R1	~56 K	Lyginamasis rodiklis; jį naudokite skirtingų tiekėjų RSiC rūšių reitingavimui, o ne kaip absoliutų „atitinka/neatitinka“ kriterijų.
Grūdelių dydis	1–150 μm (išilgine kryptimi)	RSiC medžiagoje įprasta rasti stambius grūdelius, kurie prisideda prie tiltelinės struktūros susidarymo; labai smulkūs grūdeliai gali rodyti, kad tai yra kitos rūšies medžiaga.

Duomenų šaltiniai – tiekėjų techninių duomenų lapai; nurodyti intervalai atspindi įprastus komercinius nuokrypius ir nėra garantija, kad jie bus taikomi kiekvienai geometrijai.

Kada RSiC yra teisinga specifikacija — ir kada ji yra neteisinga

Nurodykite RSiC, jei gedimo priežastis yra terminis šokas arba cheminis poveikis esant tam tikrai temperatūrai

Krosnių įranga, skirta greitiems degimo ciklams. Plonos klojimo plokštės, sijos ir ritiniai, kurie nuolat greitai kaitinami ir aušinami esant temperatūrai virš 1450 °C. Mažas susitraukimas RSiC sukepinimo metu leidžia plonasienių profilių be iškraipymų, o atviras poringumas leidžia kompensuoti terminį įtempį, kuris tankesnį kūną priverstų įtrūkti.

Degiklių purkštukai ir spinduliniai vamzdžiai. RSiC degiklių purkštukai naudojami konvejerinėse, tunelinėse ir ritininėse krosnyse, nes jie atsparūs oksidacijai ir terminiams cikliniams pokyčiams iki ~1650–1700 °C, nesusidaro įtrūkimų, kurie atsiranda reakciniu būdu sujungtame SiC, kai laisvasis silicis tampa silpnąja faze.

Puslaidininkių ir fotovoltinių krosnių komponentai. Aukšto grynumo RSiC naudojamas: LPCVD mentės, valtelės ir difuzijos krosnių vidiniai elementai kur būtina kontroliuoti metalų užteršimą ir dalelių susidarymą. Šiuo atveju pagrindinis specifikacijos veiksnys yra aglomeravimo priedų nebuvimas, o ne tankis.

Komponentų apsauginiai vamzdžiai atmosferinėse krosnyse. RSiC jungtinis poringumas nepažeidžia cheminio inertiškumo daugumoje krosnių atmosferų, o medžiaga atlaiko šiluminius gradientus per vamzdžio sienelę nesuskilindama.

Nenurodykite RSiC, jei reikalavimas susijęs su tankiu, sandarumu arba maksimaliu stiprumu

Jei detalė turi užtikrinti vakuuminį sandarumą, turėti šlifuotą dilimo paviršių arba išlaikyti konstrukcinę apkrovą, kai Didesnis SSiC tankis ir stiprumas jei tai yra pagrindinės savybės, RSiC yra netinkama rūšis. Panašiai, jei detalė yra didelė, geometriškai sudėtinga ir jautri kainai esant temperatūrai žemiau ~1400 °C, SiSiC/RBSiC paprastai yra tinkamesnis pasirinkimas — jame esantis laisvas silicis užpildo poringumą ir leidžia gaminti beveik galutinės formos gaminius, tačiau dėl to atsiranda aukštos temperatūros ir cheminių apribojimų.

Atsakymai į klausimus, kuriuos pirkėjai iš tikrųjų užduoda prieš siųsdami užklausą dėl kainos

Ar RSiC yra tas pats, kas SSiC? Ne. SSiC yra sukepintas be slėgio, naudojant sukepinimo priedus, ir yra tankus. RSiC yra rekristalizuotas be priedų ir išlaiko projektinis atviras poringumas. Tai skirtingos medžiagos, pasižyminčios skirtingais savybių kompromisais, o ne sinonimai.

Ar RSiC galima naudoti ore esant aukštesnei nei 1650 °C temperatūrai? Praktinė nepertraukiamoji riba ore yra maždaug 1600–1650 °C. Kai kurie tiekėjai nurodo didesnius skaičius, taikomus trumpalaikiam naudojimui arba naudojimui inertinėje aplinkoje; paprašykite atmosfera ir trukmė už bet kokio didesnio reikalavimo.

Ar poringumas reiškia, kad detalė yra silpnesnė ar prastesnės kokybės? Tai reiškia, kad medžiaga yra kompromisinis sprendimas, optimizuotas atsižvelgiant į terminį šoką ir grynumą, o ne į maksimalų stiprumą. Jei jūsų paskirties atveju šios savybės nėra būtinos, jums labiau tiktų tankesnė rūšis. Poringumas yra techninės specifikacijos rodiklis, o ne defekto požymis.

Kuo skiriasi RSiC ir SiSiC/RBSiC, kai naudojami cheminėse aplinkose? SiSiC/RBSiC sudėtyje yra laisvasis silicis, dėl ko ribojamas ilgalaikis naudojimas esant aukštesnei nei ~1400 °C temperatūrai ir sumažėja atsparumas stiprioms šarmų bei fluorvandenilio rūgšties turinčioms aplinkoms. RSiC neturi laisvo silicio ir stiklinės grūdų ribų fazės, todėl jis yra labiau tinkamas, kai cheminis inertiškumas esant tam tikrai temperatūrai yra reikalavimas.

Ar RSiC detalės gali būti tiekiamos pagal užsakymą pagamintomis geometrinėmis formomis, o ne tik kaip standartinės plokštės ir vamzdžiai? Taip, atsižvelgiant į rekristalizacijos proceso geometrinius apribojimus. RSiC puikiai tinka plonasienių, didelio užimamo ploto formų pavyzdžiui, tvirtinimo plokštės ir sijos, tačiau itin storus profilius ar sudėtingas vidines ertmes ekonomiškiau gali būti gaminama iš reakciniu būdu sujungto plieno. Pateikite brėžinį ir eksploatavimo sąlygas, kad būtų galima įvertinti gamybos galimybes.

Rekristalizuotas silicio karbidas krosnių įrangai