Ist Siliziumkarbid ein keramisches Material?

Siliziumkarbid, besser bekannt als Karborund, bietet eine überragende Hitzebeständigkeit und behält seine hohe mechanische Festigkeit bei Temperaturen von bis zu 1400 Grad Celsius bei. Darüber hinaus sind seine extreme Härte, seine Ermüdungsbeständigkeit und seine chemische Stabilität in aggressiven Umgebungen die Markenzeichen eines jeden Materials.

SiC wurde erstmals 1891 von Edward Acheson künstlich synthetisiert, als er in einer elektrisch erhitzten Schmelze aus Petrolkoks und Silizium kleine schwarze Kristalle entdeckte. Heute ist SiC eines der am häufigsten verwendeten technischen Keramikmaterialien für mechanische und chemische Anwendungen.

Was ist eine Keramik?

Siliciumcarbid, gemeinhin als Karborund bezeichnet, ist eine synthetisch hergestellte kristalline Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff. Siliciumcarbid wurde 1891 von Edward Acheson aus Pennsylvania erfunden und hat sich zu einem der wichtigsten keramischen Werkstoffe für die Industrie entwickelt. Es wird als Schleifmittel, Stahlzusatz und Strukturkeramik mit vielen technologischen Anwendungen eingesetzt, die von Stahlzusatz bis hin zu Strukturkeramik reichen - und es kann sogar mit Diamant in Sachen Härte konkurrieren! Siliziumkarbid hat eine Mohs-Härte von 9,0 - eine Leistung, die nur wenige andere Materialien vorweisen können!

SiC ist eine extrem widerstandsfähige feuerfeste Keramik, die sich durch eine hervorragende Beständigkeit gegen chemische Angriffe und hohe Temperaturen auszeichnet. Sie bildet bei 1200 Grad Celsius eine schützende Siliziumoxidschicht, die bis zu 1600 Grad Celsius stabil bleibt. Aufgrund der extrem hohen Festigkeit, der geringen Wärmeausdehnung, der hervorragenden Abriebfestigkeit, der geringen Wärmeausdehnung und der ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Kräften, wie z. B. Körperpanzerung oder Schleifen/Fräsen von harten Materialien, eignet sich SiC für viele anspruchsvolle mechanische Anwendungen, einschließlich Körperpanzerung und Schleifen/Fräsen von harten Materialien.

Im Gegensatz zu Metallen sind Keramiken anorganische Feststoffe, die aus anorganischen Elementen mit einzigartiger Kristallinität und Elektronenstruktur bestehen, die je nach Zusammensetzung und Struktur einzigartige Eigenschaften aufweisen. Ihre Kristallinität und Elektronenstruktur macht jede Keramik einzigartig; aufgrund dieses Merkmals und der kovalenten Bindungseigenschaften eignen sie sich hervorragend als thermische und elektrische Isolierstoffe.

Siliziumkarbid ist eine extrem widerstandsfähige feuerfeste Keramik mit einer hervorragenden Temperaturwechselbeständigkeit, was es zu einer ausgezeichneten Wahl für Komponenten von Elektrofahrzeugen macht. Insbesondere Bremsen und Kupplungen profitieren von der Fähigkeit dieses Materials, großer Hitze standzuhalten, ohne große strukturelle Verluste zu erleiden, da es Abrieb und Verschleiß widersteht und gleichzeitig die Verschleißkosten erheblich senkt. Darüber hinaus verringern seine hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften den Energiebedarf des Systems und erhöhen die Reichweite der Batterie erheblich.

Keramische Materialien bieten das Versprechen, die Abhängigkeit von aktiven Kühlsystemen zu verringern, die das Gewicht, die Kosten und die Kapazität von Elektrofahrzeugen einschränken. Darüber hinaus ermöglicht dieses keramische Material den Betrieb eines Elektrofahrzeugs bei höheren Spannungen und Geschwindigkeiten und verbessert die Effizienz des Wechselrichtersystems.

SiC verfügt über einen hohen Schmelzpunkt und eine große Härte, die es ihm ermöglichen, den hohen Temperaturen standzuhalten, die für elektrische Geräte erforderlich sind, wodurch teure Kühlsysteme in Elektrofahrzeugen überflüssig werden.

Was ist eine nichtoxidische Keramik?

Oxidkeramik hingegen entsteht durch die chemische Verbindung zweier Elemente zu einem festen Material; Nichtoxidkeramik besteht nur aus einem Element. Siliziumkarbidkeramik beispielsweise besteht aus Tetraedern aus Silizium- und Kohlenstoffatomen, die in einer Kristallgitterstruktur zusammengehalten werden und ein extrem hartes, aber dennoch zähes und abriebfestes Material bilden - Eigenschaften, die Siliziumkarbid zu einer immer beliebteren Wahl für die Verwendung als feuerfeste Keramikmaterialien gemacht haben.

Siliziumkarbidkeramik kann auf verschiedenen Wegen hergestellt werden. Ein traditioneller Ansatz besteht darin, feines pulverförmiges Siliziumkarbid unter Verwendung eines Sinterhilfsmittels wie Magnesiumoxid zu einem festen Material zu sintern, um erfolgreiche Ergebnisse zu erzielen.

Eine Möglichkeit zur Herstellung von Siliciumcarbidkeramik ist das Brennen in einem Ofen mit hohen Temperaturen, wobei das Material anschließend unter Druck gesetzt wird, um dichtere Endprodukte zu erhalten. Unabhängig von der Herstellungsart weist Siliciumcarbid-Keramik beeindruckende Eigenschaften auf - darunter Erosions-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit sowie eine hohe Elastizitätsmodulfestigkeit (YMF) und Bruchzähigkeit (MPa * m 1).

Industrielle Siliciumcarbid-Keramik wird seit langem für ihre unvergleichliche Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb, Oxidation und Erosion sowie gegen Temperaturschocks und chemische Korrosion geschätzt, so dass sie in vielen Bereichen eingesetzt wird - sei es in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, in der chemischen Industrie oder im Umweltschutz und in der Raumfahrttechnik. Auch feuerfeste Produkte aus Siliziumkarbidkeramik wie Brennerdüsen oder Strahlrohre sowie Komponenten von Rauchgasentschwefelungsanlagen nutzen häufig seine Vielseitigkeit.

Siliciumcarbid ist eines der härtesten Materialien, die der Menschheit bekannt sind, und wird in Bezug auf die Haltbarkeit nur von Diamant und kubischem Bornitrid übertroffen. Dies macht Siliziumkarbid zu einem ausgezeichneten Material für ballistische Schutzmaterialien, wenn es um Gewichtseinsparungen geht. Saint-Gobain ist einer der weltweit führenden Anbieter von industriellen Siliciumcarbid-Produkten und -Lösungen und bietet sowohl industrieerprobte Qualitäten als auch maßgeschneiderte Angebote, die auf die Anforderungen bestimmter Anwendungsbereiche zugeschnitten sind.

Was ist eine feuerfeste Keramik?

Feuerfeste Keramiken sind nichtoxidische Werkstoffe mit außergewöhnlicher Festigkeit bei hohen Temperaturen, geringer chemischer Stabilität und thermischen Ausdehnungseigenschaften, die sie für anspruchsvolle Anwendungen wie die Isolierung von Öfen und Brennöfen, Komponenten von Brandschutzsystemen und Auspuffanlagen von Kraftfahrzeugen geeignet machen.

Feuerfeste Materialien lassen sich in zwei verschiedene Gruppen einteilen: hochporöse und monolithische. In der ersten Gruppe ist die Tonerde-Kieselerde-Keramik (AlSiO2) eines der am weitesten verbreiteten Beispiele. Diese Keramik besteht aus fein gemahlenen Aluminiumoxid-Aggregaten, die mit Ton als Bindemittel gebunden sind, und wird in Form von Steinen oder Blöcken, aber auch als vorgeformte Wannen, Faltenbälge, Auskleidungen und Tiegel für hitzeintensive Prozesse wie die Glasherstellung, die Stahlproduktion und Wärmekraftwerke angeboten.

Siliziumkarbidkeramik gehört zu den leichtesten, härtesten und stärksten Hochleistungskeramiken, die es gibt, ähnlich den Eigenschaften von Diamant. Sie widerstehen hohen Temperaturen sowie chemischen Angriffen durch Säuren und Laugen und sind resistent gegen Erosion und Verschleiß - eine hervorragende Materialwahl für Sprühdüsen und Zyklonkomponenten.

Siliziumkarbid ist ein extrem hartes und beliebtes Material, das bei der Herstellung ballistischer Keramik verwendet wird. In Kombination mit Borcarbid oder Wolframcarbid bildet es die DuraShock-Keramik, die eine höhere Leistung bei geringerem Gewicht bietet.

Zu den anderen Arten von feuerfester Keramik gehören Siliziumkarbidfasern und künstliche Alumosilikatfasern, die nach ähnlichen Verfahren wie Strukturtonprodukte hergestellt und für industrielle feuerfeste Materialien wie die Auskleidung von Öfen und Schmelzöfen verwendet werden. Amorphe Fasern können für Reparaturen schnell zugeschnitten werden, wenn Abrieb oder Erosion der Auskleidungen ein Problem darstellen, da sie mit einer scharfen Schere leicht auf die richtige Größe zurückgeschnitten werden können.

Schaumkeramik ist ein zunehmend beliebter Werkstoff für die Herstellung von Wärmetauschern geworden. Aufgrund seiner Fähigkeit, elektrisch beheizt zu werden, eignet es sich ideal für die Trennung korrosiver Flüssigkeiten von Trägergasen und die Kondensation von Dämpfen bei erhöhten Prozesstemperaturen, während der niedrige Druck, die große spezifische Oberfläche und die spezielle Raumnetzstruktur eine verbesserte Wärmeübertragung ermöglichen.

Was ist eine Hochtemperaturkeramik?

Siliziumkarbid, ein industriell hartes Material, das aus Kohlenstoff- und Siliziumatomen besteht, ist ein außergewöhnlich hartes Material, das extrem hohen Temperaturen standhalten kann. Aufgrund seiner Korrosions-, Abrieb- und Oxidationsbeständigkeit eignet sich dieser Werkstoff für zahlreiche Anwendungen und Branchen. Durch Sinterprozesse entstehen dichte feste Strukturen mit hoher Druck- und Zugfestigkeit - perfekt für den Einsatz in Industrieöfen oder anderen Hochleistungsanwendungen.

Edward Goodrich Acheson stellte 1891 erstmals Siliziumkarbid in größerem Maßstab her, indem er Ton (Aluminiumsilikat) und Kokspulver in einer Eisenschüssel erhitzte, um blaue Kristalle zu bilden, die als Karborundum bekannt wurden, und verwendete dieses Material später in der Drucktechnik als Druckplatten oder Schleifscheiben in der Schleifmittelindustrie.

Schaumkeramik ist eine hochentwickelte poröse Keramik, die eine unregelmäßige dreidimensionale Netzwerkstruktur aufweist. Diese Art von poröser Keramik zeichnet sich durch eine hohe Porosität, eine geringe relative Dichte, eine selektive Permeation von flüssigen und gasförmigen Medien, Energieabsorptionseigenschaften, die Aufprallkräften widerstehen, sowie durch thermische, elektrische, mechanische und chemische Eigenschaften aus, die sie für Anwendungen zur Reinigung von Metalllösungen geeignet machen, während sie nichtmetallische Einschlüsse/Verunreinigungen eliminiert und gleichzeitig die Qualifikationsraten und mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessert. Schaumkeramik ist aufgrund dieser Eigenschaften ein attraktiver Kandidat für die Reinigung von Metalllösungen, da sie nichtmetallische Einschlüsse/Verunreinigungen effektiv entfernt und gleichzeitig die qualifizierten Raten und mechanischen Eigenschaften der Legierung durch die Verwendung dieses Keramikmaterials verbessert.

Die ausgezeichnete Stabilität von Siliciumcarbid bei hohen Temperaturen hat dazu geführt, dass es in großem Umfang für feuerfeste Anwendungen wie Brennerdüsen, Strahl- und Flammrohre und Schutzbeschichtungen für Hochleistungsthermoelemente eingesetzt wird. Darüber hinaus wird Siliciumcarbid-Keramik auch bei der Wärmebehandlung von Metallen und Legierungen eingesetzt; außerdem ist es ein wertvoller Werkstoff für Raketentreibstoffe, keramikgestützte Verbundwerkstoffpanzerungen, ballistische Schutzsysteme sowie für die Wärmebehandlung von Metallen und Legierungen geworden.

Siliciumcarbid kann mit Stickstoff und Phosphor n-dotiert und mit Beryllium, Bor oder Aluminium p-dotiert werden, um seine Halbleitereigenschaften zu verändern und die metallische Leitfähigkeit für elektronische Hochleistungsanwendungen zu erhöhen. Außerdem dient Siliziumkarbid als Schlüsselmaterial für die Herstellung von Graphen, das bemerkenswerte physikalische und chemische Eigenschaften aufweist.