Pse karbidi i silicit të lidhur me nitrid humbet rezistencën pas 8–12 muajsh në atmosfera oksiduese

Kam kaluar dymbëdhjetë vjet duke punuar me pajisje me temperatura të larta në Shanghai dhe në impiantet përreth të qeramikës dhe metalurgjisë. Një nga problemet më të vazhdueshme që shoh me karbidi silikoni i lidhur me nitrid është se raftet, pllakat dhe mbajtëset e furrës duken të forta kur futen, por pas disa muajsh shërbimi normal fillojnë të çahen ose të përkuen nën ngarkesa që më parë i përballonin pa problem. Shumica e operatorëve supozojnë se materiali thjesht “u konsumua” ose se cikli i pjekjes ishte tepër agresiv. Në linjat me të cilat punoj, shkaku kryesor është oksidimi progresiv i fazës lidhëse të nitridit sapo sipërfaqja ekspozohet ndaj ajrit në temperaturë.

Karburidi i silicit i lidhur me nitrid bazohet në matricën e nitridit të silicit për të mbajtur kokrrat e karburidit të silicit së bashku dhe për t'i dhënë pjesës forcën dhe rezistencën ndaj goditjeve termike. Në një atmosferë reduktuese ose neutrale, ky lidhës mbetet relativisht i qëndrueshëm. Pasi furrë ose tenxherja funksionon me ajër të tepërt—gjë e zakonshme në pjekjet e ndërprera të qeramikës ose në disa cikle trajtimi termik të metaleve—oksigjeni sulmon nitridin. Një shtresë e hollë e pasur me silic formohet në sipërfaqe dhe, më e rëndësishmja, në kufijtë e grimcave. Pjesa nuk dështon papritmas; ajo gradualisht humb rezistencën ndaj përkuljes dhe bëhet më e ndjeshme ndaj gradientëve termikë. Unë rregullisht shoh pllaka që, kur ishin të reja, kishin matje shumë mbi 40 MPa, të bien në të ulëtat e 20-ave pas 8–12 muajsh të cikleve ditore midis 1200 °C dhe temperaturës së dhomës.

Konsekuenca praktike shfaqet në dy mënyra. Së pari, raftet zhvillojnë çarje të holla që fillojnë në skajet ose rreth pikave mbështetëse dhe pastaj përhapen nën peshën e tyre plus ngarkesën e mallrave. Së dyti, kapaciteti efektiv i mbajtjes së ngarkesës bie edhe para se të shfaqen çarje të dukshme, kështu që operatorët ose reduktojnë numrin e pjesëve për raft ose pranojnë norma më të larta thyerjeje. Në të dyja rastet, fabrika përfundon duke zëvendësuar mobiljet më herët se sa ishte parashikuar në llogaritjen e blerjes fillestare. Fabrikat që përdorin furrat me shtytës të pandërprerë ose furrat me rrota me kontroll më të rreptë të atmosferës zakonisht arrijnë jetëgjatësi më të gjatë nga i njëjti gradë; furrat me ngarkesa të ndërprera, të zakonshme në rajonin e Shangait, tregojnë problemin më shpejt sepse çdo ftohje lejon që ajri i freskët të arrijë në sipërfaqet e nxehta.

Ajo që në të vërtetë ngadalëson degradimin është e thjeshtë sapo ta trajtosh fazën e lidhjes si faktorin kufizues. Mbaje temperaturën maksimale dhe kohën në temperaturë sa më të ulëta që lejon procesi; çdo 50 °C shtesë mbi 1350 °C e përshpejton dukshëm ritmin e oksidimit që unë mas në pjesët e kthyera. Kur dizajni i furrës e lejon, një pastrim i shkurtër ose një atmosferë paksa reduktuese gjatë mbajtjes në temperaturë të lartë ul mjaftueshëm presionin e pjesshëm të oksigjenit për të zgjatur jetën e përdorueshme me disa muaj. Po aq e rëndësishme është edhe ngarkesa mekanike. Nitridi i lidhur me SIC, i mbështetur vetëm në skaje dhe që mban ngarkesa të rënda dhe të pabarabarta, zhvillon stres më të lartë të tërheqjes në pjesën e poshtme; sapo sipërfaqja të dobësohet nga oksidimi, këto strese shkaktojnë çarje më herët. Kalimi në mbështetje trepikëshe ose të vazhdueshme, ose thjesht reduktimi i ngarkesës maksimale për pllakë me 15–20 %, shpesh rikthen intervalin origjinal të zëvendësimit pa ndryshuar klasën e materialit.

Unë gjithashtu kontrolloj pllakat e kthyer për trashësinë e shtresës së oksiduar. Një film sipërfaqësor i njëtrajtshëm gri i hapur me disa qindra mikron është normal; shkallë më e trashë e lokalizuar ose pluhurosje në skaje zakonisht tregon ose një pikë të nxehtë në furrë ose ekspozim të zgjatur mbi kufirin e rekomanduar. Fabrikantët që regjistrojnë matjet e atmosferës dhe ngarkesën maksimale në raft, së bashku me numrin e cikleve para shfaqjes së çarjeve të para, zakonisht mund të rrisin jetën mesatare nga rreth 10 muaj në 14–16 muaj në të njëjtin sic të lidhur me nitrid. Ata që vazhdojnë të përdorin modelin origjinal të ngarkesës së dendur dhe atmosferën plotësisht ajrore, thjesht zëvendësojnë pllakat sipas një orari më të shkurtër dhe më të shtrenjtë, dhe vazhdojnë të pyesin veten pse seti i ri nuk zgjat më shumë se ai i fundit.

Vetë materiali është në gjendje të ofrojë një jetëgjatësi të gjatë shërbimi kur faza e lidhjes mbrohet. Dallimi që shoh në terren pothuajse kurrë nuk është një ndryshim i papritur në cilësinë e lëndës së parë; ai qëndron nëse impjanti i trajton oksidimin dhe ngarkesën si variabla të kontrollueshme apo si kushte sfondi të pashmangshme.