Балка з карбіду кремнію

Балка з карбіду кремнію - високотемпературний матеріал, відомий своєю винятковою міцністю, стійкістю до окислення і корозії. Він знаходить широке застосування в печах, плавильних печах і хімічних реакторах.

На рис. 6(а) показано пропускання променя в залежності від бічного положення для 1,24-мкм 4H-SiC і 12-мкм комерційних ПК-алмазних XBPM-мембран в межах експериментальної похибки. Обидві мембрани демонструють схожу поведінку.
Високотемпературна міцність

Балка з карбіду кремнію має високу міцність на вигин при підвищенні температури, стійкість до теплового удару, окислення і корозії - якості, які роблять її ідеальним матеріалом для завантажувальних конструкцій тунельних, човникових, двошарових роликових печей і несучих рам промислових печей. Крім того, вони знаходять застосування в кераміці повсякденного використання, такій як санітарна порцеляна, магнітні матеріали будівельної кераміки, а також в зонах високотемпературного випалу роликових печей.

У даній роботі порівнювалися 4H-SiC і алмаз як матеріали для використання в промислових моніторах положення та інтенсивності рентгенівського пучка (МРП) нового покоління. Метою роботи є створення приладів, здатних контролювати іонні пучки високої інтенсивності - до декількох тисяч іонів в секунду, - які використовуються в клінічних центрах іонної терапії раку. Для успішної реалізації цієї мети ідеальний матеріал повинен мати як радіаційну твердість, так і теплопровідність, щоб не потребувати охолодження при таких високих інтенсивностях.

SiC має дивовижну міцність на вигин - 250 МПа при кімнатній температурі (RT) і 1500-2100 градС при впливі атмосфери Ar, що значно перевершує показники традиційного скла та боросилікатної кераміки, максимальна міцність яких на вигин досягає лише 160 МПа.

Однак найбільш серйозним обмеженням SiC є його схильність до утворення поліморфів при більш високих температурах. Альфа-модифікація (a-SiC) з гексагональною кристалічною структурою найбільш поширена і має ідеальну температуру плавлення 1750 градусів Цельсія; бета-модифікація (b-SiC) з кристалічною структурою бленде цинку більш тверда і має ідеальну температуру плавлення 1320 градусів Цельсія, однак вона більш схильна до окислення і тому слабша, ніж альфа-модифікація (a-SiC).

Тому для вирішення цієї проблеми необхідна розробка нових матеріалів на основі a-SiC. Завдяки тому, що монокристали 4H-SiC діаметром до 6 дюймів доступні для придбання у постачальників електронної техніки, з'явилася можливість без вузьких місць виготовляти матеріали з широкою смугою пропускання в якості реальної заміни алмазу для наступного покоління XBPM; очікується, що цей матеріал з широкою смугою пропускання зможе замінити алмаз у більшості застосувань моніторингу пучка, однак він залишиться кращим при роботі з екстремальними інтенсивностями пучка.
Відмінна теплопровідність

Відмінна теплопровідність карбіду кремнію дозволяє йому швидко відводити тепло. Ця особливість робить карбід кремнію неоціненним матеріалом для електронних пристроїв, оскільки накопичене тепло з часом може їх пошкодити; ефективне відведення тепла подовжує термін служби та ефективність роботи.

Вражаюча радіаційна стійкість карбіду кремнію робить його чудовим матеріалом для датчиків, що працюють у жорстких умовах. Цей матеріал здатен витримувати надзвичайно високі рівні опромінення пучками частинок, не пошкоджуючись і не виходячи з ладу; крім того, його твердість і жорсткість дозволяють йому витримувати екстремальні перепади температур і механічні навантаження, не руйнуючись і не тріскаючись під тиском.

Датчики, виготовлені на основі карбіду кремнію, забезпечують оптимальну роботу сенсорів в складних умовах, наприклад, в космічних польотах. У датчиках космічного телескопа Herschel використовується цей матеріал, який досить міцний, щоб витримувати вібрації та перепади температур і при цьому забезпечувати оптичні характеристики.

Завдяки своїм винятковим властивостям карбід кремнію швидко став одним з найбільш затребуваних матеріалів у різних галузях промисловості - від виробництва і металургії до аерокосмічної галузі. Завдяки своїй міцності, твердості, малій вазі та корозійній стійкості він є чудовим матеріалом для несучих балок тунельних або шаттлових печей; крім того, він використовується у виробництві санітарної порцеляни, склокераміки і в процесах виробництва електрофарфору.

Карбід кремнію (SiC) - це сплав, що складається з атомів кремнію і вуглецю з кубічною кристалічною структурою. Він випускається в різних формах або поліліпах, кожен з яких має свої електричні та оптичні властивості; ці позначення відповідають послідовності укладання між атомами кремнію і вуглецю.

Реакційно-зв'язаний SiSiC - один з найбільш часто використовуваних в промисловості видів карбіду кремнію, відомий своєю нульовою пористістю і дуже високою міцністю на вигин при температурах до 1350 градусів Цельсія. Крім того, його теплопровідність більш ніж в два рази вища, ніж у оксидно-зв'язаного SiC, і він демонструє відмінну хімічну стійкість і стійкість до окислення. SiSiC зберігає свою міцність в широкому діапазоні температур, що робить його відмінним кандидатом для використання в якості несучих конструкційних балок.
Тривалий термін служби

Карбід кремнію (КК) - винятковий керамічний матеріал, що володіє такими видатними характеристиками, як висока температурна міцність при малій масі, висока твердість, хороша зносостійкість, малий коефіцієнт теплового розширення і стійкість до хімічної корозії. SC знаходить застосування в таких різних галузях, як автомобілебудування, машинобудування, хімічна промисловість, захист навколишнього середовища, космічні технології, інформаційна електроніка енергетика, а також у багатьох інших, стаючи незамінним конструкційним матеріалом у багатьох галузях промисловості.

Кетрін Хармон з Національної лабораторії Аргонна (Maria Goppert Mayer Fellow) використовує сучасні рентгенівські інструменти для вивчення атомної та нанорозмірної структури карбіду кремнію - матеріалу, необхідного для автомобільних гальм, світлодіодів і виробництва сталі. Її мета - зрозуміти, як цей матеріал реагує на різні навантаження, щоб розробити більш безпечні пристрої та компоненти.

Карбід кремнію вирізняється з-поміж інших матеріалів своєю винятковою втомною міцністю на вигин, що визначається як кількість циклів до руйнування при заданій амплітуді напруги. Ця властивість робить карбід кремнію корисним у багатьох інженерних застосуваннях, де необхідно керувати високими амплітудами напруги - наприклад, для придушення вібрацій у відцентрових насосах з великими амплітудами напруги або в ядерних енергетичних реакторах, де напруга може бути набагато нижчою, але потрібен чудовий опір втомі.

Реакційно-зв'язаний карбід кремнію відрізняється низькою вартістю, високою зернистістю, відмінною термостійкістю і зносостійкістю, а також більш високою швидкістю деградації через його реакційну здатність з водою і повітрям. Карбід кремнію, спечений без тиску, коштує дорожче, має більш дрібне зерно, але має кращі властивості, такими як вища зносостійкість, температурна міцність і довший термін служби, ніж його аналог, зв'язаний реакцією.

Балка з рекристалізованого карбіду кремнію (РККК) - надзвичайно міцний керамічний матеріал, який широко використовується в тунельних печах, човникових печах, печах з подвійними роликами, човникових печах, печах з човниковими роликами і печах з подвійними роликами, який широко застосовується в якості несучих конструкцій каркасних вогнетривів для ковпакових вогнетривів, а також несучих конструкцій вогнетривів дахів промислових печей для зниження енергоспоживання при зменшенні навантаження навантаження печі РККК відрізняється стійкістю до високих температур при низькій деформації з плином часу; додаткові переваги - висока міцність при малій деформації мала вага теплопровідність повільне утримання тепла протягом тривалого терміну служби в порівнянні з багатьма доступними вогнетривкими керамічними матеріалами.

Відмінна корозійна стійкість

Карбідокремнієві балки мають цілу низку властивостей, які роблять їх неоціненними для високотемпературних застосувань, включаючи стійкість до термічних навантажень. Крім того, ці балки досить міцні, щоб витримувати значні теплові навантаження, а також не схильні до корозії і хімічного впливу, що робить їх привабливою альтернативою таким популярним матеріалам пічних меблів, як глиноземні ролики.

Особливо добре підходять для застосування в умовах підвищеного радіаційного впливу. Завдяки стійкості до впливу газів і хімікатів при підвищених температурах, а також в середовищах, багатих на кисень, наприклад, в ядерних реакторах або в областях, де матеріал піддається високому рівню радіаційного впливу.

Опромінений SiC має чудову корозійну стійкість. Він має більш виражену хімічну стійкість, ніж нержавіюча сталь і кермет WC, хоча за своїми характеристиками не дотягує до глинозему. Тим не менш, за корозійною стійкістю він перевершує більшість керамік і металів, що застосовуються в різних галузях.

Корозійна стійкість карбідокремнієвих балок не обмежується лише опором корозії: вони здатні витримувати різкі перепади температур, не руйнуючись, що робить їх ідеальними для таких застосувань, як астрономічні телескопи, в яких дзеркала піддаються різким коливанням. Завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення і твердості балки не деформуються в таких умовах, що дозволяє використовувати їх замість більш дорогих дзеркал, які з часом можуть вийти з ладу.

Карбід кремнію має дивовижну стабільність при високих температурах, що робить його надзвичайно корисним у промислових умовах. Крім того, завдяки виключно твердому складу і винятковій стійкості до механічних навантажень карбід кремнію знаходить застосування в різних галузях, включаючи аерокосмічну техніку, автомобілебудування та медичні технології.

Кристали карбіду кремнію розрізняються за атомним номером, що впливає на їх властивості. Альфа-форма (a-SiC) характеризується гексагональною кристалічною структурою, а бета-модифікація (b-SiC) - структурою цинкового бленду. Останнім часом особлива увага приділяється вивченню бета-модифікації b-SiC, оскільки вона може використовуватися в якості матеріалу підтримки для гетерогенних каталізаторів.