Rekrystallisert silisiumkarbid: Et høyytelsesmateriale for krevende bruksområder

Rekrystallisert silisiumkarbid (RSiC) er et keramisk materiale med høy ytelse og utmerkede mekaniske, termiske og elektriske egenskaper. Den unike kombinasjonen av egenskaper gjør det til et ideelt materiale for krevende bruksområder i ulike bransjer, blant annet romfart, halvledere og bilindustrien. I denne artikkelen skal vi se nærmere på egenskapene til RSiC, produksjonsprosessen og bruksområdene i ulike bransjer.

Egenskaper for omkrystallisert silisiumkarbid
RSiC er et keramisk materiale som består av silisium- og karbonatomer i en krystallgitterstruktur. Det dannes ved å omkrystallisere silisiumkarbidpulver ved høye temperaturer (>2200 °C) i vakuum eller inert atmosfære. Det resulterende materialet har en tetthet på 2,6 g/cm³, en porøsitet på mindre enn 1% og en høy renhetsgrad (>99,5%).

Mekaniske egenskaper:
RSiC har utmerkede mekaniske egenskaper, blant annet høy styrke, seighet og hardhet. Youngs modul er ca. 400 GPa, noe som er høyere enn for stål, og bruddseigheten er ca. 4,5 MPa.m^0,5, noe som er bedre enn for de fleste keramiske materialer. Hardheten ligger på rundt 2400 Vickers, noe som gjør det til en av de hardeste kjente keramikkene.

Termiske egenskaper:
RSiC har enestående termiske egenskaper, blant annet høy varmeledningsevne, lav termisk ekspansjon og utmerket motstand mot termisk sjokk. Varmeledningsevnen ligger på rundt 100-150 W/m.K, noe som er høyere enn for de fleste keramiske materialer og sammenlignbart med metaller. Varmeutvidelseskoeffisienten er ca. 4,5 x 10^-6/K, noe som er lavt sammenlignet med andre keramiske materialer. Motstanden mot termisk sjokk tilskrives den høye varmeledningsevnen og den lave varmeutvidelsen.

Elektriske egenskaper:
RSiC har gode elektriske egenskaper, blant annet høy elektrisk resistivitet og lavt dielektrisk tap. Den elektriske resistiviteten er rundt 5 x 10^6 Ω.cm ved romtemperatur, noe som gjør det til et utmerket isolasjonsmateriale. Det dielektriske tapet er mindre enn 0,01 ved frekvenser opp til 1 MHz, noe som gjør det egnet for høyfrekvente bruksområder.

Produksjonsprosess for omkrystallisert silisiumkarbid:
Produksjonsprosessen for RSiC består av flere trinn, blant annet

Fremstilling av den grønne kroppen: Silisiumkarbidpulver blandes med et bindemiddel og formes til en grønn kropp ved enakset eller isostatisk pressing.

Forsintring: Den grønne kroppen forsintres ved en temperatur på rundt 1650 °C for å gi den tilstrekkelig styrke og stivhet til at den kan håndteres.

Forming: Den forsintrede, grønne kroppen bearbeides til ønsket form ved hjelp av ulike teknikker, for eksempel kutting, sliping og fresing.

Endelig sintring: Den maskinbearbeidede, grønne kroppen varmes opp til en temperatur på > 2200 °C i vakuum eller inert atmosfære for å omkrystallisere silisiumkarbidpulveret, noe som resulterer i et tett og rent RSiC-materiale.

Bruksområder for omkrystallisert silisiumkarbid:
RSiC har et bredt spekter av bruksområder i ulike bransjer, blant annet

Luft- og romfart: RSiC brukes som et lett og høyfast materiale i romfartskonstruksjoner, for eksempel turbinblader, rakettdyser og varmeskjold.

Halvledere: RSiC brukes som smeltedigelmateriale for produksjon av silisiumskiver, og som substratmateriale for vekst av galliumnitridfilmer (GaN).

Bilindustrien: RSiC brukes som bremseskivemateriale på grunn av sin høye varmeledningsevne og lave varmeutvidelse.

Kjemisk: RSiC brukes som foringsmateriale i høytemperaturovner og reaktorer i kjemisk industri.

Konklusjon
Rekrystallisert silisiumkarbid er et keramisk materiale med høy ytelse og utmerkede mekaniske, termiske og elektriske egenskaper. Den unike kombinasjonen av egenskaper gjør det til et ideelt materiale for krevende bruksområder i ulike bransjer, blant annet romfart, halvledere og bilindustrien. Produksjonsprosessen består av flere trinn, blant annet fremstilling av den grønne kroppen, forsintring, forming og endelig sintring. RSiC er et allsidig materiale som har potensial til å revolusjonere ulike bransjer og bane vei for ny teknologi.