Uporaba silicijevega karbida v ognjevarnih materialih

Silicijev karbid je po trdoti takoj za diamantom in ima močno odpornost proti obrabi. Je idealen material za na obrabo odporne cevovode, impelerje, črpalne komore, ciklone in obloge rudniških lijakov. Njegova odpornost proti obrabi je 5 odstotkov življenjske dobe litega železa in gume. -20-krat je tudi eden od idealnih materialov za letalske vzletno-pristajalne steze. Prah silicijevega karbida je prevlečen na notranjo steno rotorja turbine ali bloka cilindrov s posebnim postopkom, ki lahko izboljša njegovo odpornost proti obrabi in podaljša življenjsko dobo za 1- do 2-krat.

Zaradi visoke toplotne prevodnosti in majhnega koeficienta toplotnega raztezanja silicijevega karbida je odpornost ognjevzdržnih materialov iz silicijevega karbida na toplotne udarce zelo dobra. Odpornost izdelkov iz silicijevega karbida na toplotne udarce je prav tako tesno povezana z vrsto in lastnostmi vezne osnove.

Test dokazuje: vzorec damo v električno peč na 1200 stopinj in ga segrevamo 20 minut, nato ga vzamemo ven in ohladimo na zraku ter izmerimo spremembo elastičnega modula. Modul elastičnosti izdelkov iz silicijevega karbida, vezanih na silikat, kaže razmeroma nežen in postopen trend padanja s povečanjem števila preskusov hladnega in toplotnega šoka, medtem ko so izdelki iz silicijevega karbida, vezani na silicijev nitrid, drugačni. Pred 30 preskusi hladnega cikla se njegova elastičnost Modul zelo malo spremeni s povečanjem števila preskusov toplotnega šoka in lahko ohrani dokaj konstantno vrednost. Vendar pa po 31 preskusih toplotnega šoka modul elastičnosti vzorca hitro pade in se nenadoma zlomi. Izdelki iz silicijevega karbida, vezanega na silicijev oksinitrid, so podobni izdelkom iz silicijevega karbida, vezanega na silikat, in ne pride do nenadne okvare. Modul elastičnosti kaže nežen trend padanja s povečanjem števila preskusov toplotnega šoka.

Ker je v dejanskem postopku nanašanja mogoče opaziti, da se produkt iz silicijevega karbida, vezan na silikat, razširi, razpoka in deformira, potem ko je bil izpostavljen toplotnemu šoku, je mogoče enostavno predvideti življenjsko dobo materiala.

Zaradi dobre toplotne prevodnosti samega silicijevega karbida je toplotna prevodnost ognjevarnih materialov z visoko vsebnostjo silicijevega karbida večja, toplotna prevodnost pa je večinoma večja od 14,4 W/(m•K). Uporablja se za toplotne izmenjevalnike, sagarje, vodne stene uplinjevalcev premoga, pohištvene izdelke peči za posredno ogrevanje itd. Toplotna prevodnost površine delcev izdelkov iz silicijevega karbida se bo med uporabo postopoma zmanjševala. Lastnosti veznega osnovnega materiala imajo določen vpliv na toplotno prevodnost izdelkov iz silicijevega karbida.

Silicijev karbid ima dobro odpornost proti oksidaciji. Oksidacija je šibka pod 1300 stopinjami, očitna oksidacija pa se pojavi nad 1300 stopinjami. Pri oksidaciji nastane zaščitna folija iz stekla SiO2, ki lahko zavira oksidacijo silicijevega karbida.

Odpornost proti oksidaciji ognjevzdržnih izdelkov iz silicijevega karbida se prav tako močno razlikuje glede na vrsto veznega osnovnega materiala. Nizko odpornost proti oksidaciji kombiniranih izdelkov iz silicijevega nitrida iz silicijevega karbida je mogoče pojasniti z njihovimi mikrostrukturnimi značilnostmi. Ker je osnovni material izdelkov iz silicijevega karbida, vezanih na silicijev nitrid, v obliki prepletenih vlaken, je prepustnost plina visoka, zaščitni učinek na delce silicijevega karbida pa majhen; medtem ko je pri izdelkih iz silicijevega karbida, vezanih na silikat in silicijev oksinitrid, površina delcev silicijevega karbida prekrita z neprekinjenim osnovnim materialom, zato ima močne antioksidacijske lastnosti. Lastnosti odpornosti proti oksidaciji silicijevega karbida, vezanega na silikat, in silicijevega karbida, vezanega na silicijev oksinitrid, kažejo podobno obnašanje v zgornjih preskusih, vendar lahko jasno pokažejo razlike med njima pri dolgotrajni uporabi.

SiC je spojina z močno kovalentno vezjo, ki še vedno ohranja visoko vezno trdnost pri visoki temperaturi, zato ima SiC dobro kemijsko stabilnost in ga večina kislinsko-bazičnih raztopin ne bo erodirala. Silicijev karbid ima večji omočilni kot s staljeno kovino in žlindro. V primerjavi z oksidnimi ognjevzdržnimi materiali ima dobro korozijsko odpornost na različne trdne snovi, tekočine in pline. Na primer Al2O3-SiC-C ulitki in izdelki, ki se uporabljajo v sistemih za proizvodnjo železa, silicijevo ulite opeke za cementne peči in ulitki, ki vsebujejo silicijev karbid, različne kislinsko-bazične reakcijske posode itd.

Silicijev karbid je tipična spojina s kovalentno vezjo s številnimi odličnimi lastnostmi, kot so odpornost proti obrabi, odpornost na visoke temperature, odpornost proti koroziji, visoka toplotna prevodnost, visoka kemična stabilnost, široka vrzel v pasu in visoka mobilnost elektronov. Široko se uporablja v abrazivih, ognjevzdržnih izdelkih, funkcionalni keramiki, metalurških pripomočkih in drugih industrijah. Z razvojem socialne ekonomije in tehnologije se bo silicijev karbid uporabljal tudi na več področjih.