Einführung

Siliziumkarbid zählt heute zu den am häufigsten verwendeten Hochleistungskeramiken. Die beeindruckende Härte und die hohe Wärmeleitfähigkeit zählen zu den herausragenden Eigenschaften, die zu einer steigenden Nachfrage und Produktion dieser SiC-Werkstoffe geführt haben. Dank modernster Technologie lässt sich Siliziumkarbid industriell durch druckloses Sintern von SiC-Pulver oder ein reaktionsgebundenes Verfahren herstellen. Der heutige Artikel gibt Ihnen einen Überblick über drucklos gesinterte Siliziumkarbid-Werkstoffe, ihre Eigenschaften, Anwendungen und ihren Vergleich mit Siliziumkarbid und anderen Werkstoffen. Sie erfahren außerdem, wie sich das Reaktionssintern von drucklosen Sinterverfahren der SiC-Herstellung unterscheidet. Abschließend erhalten Sie einen Einblick in die aktuellen Markttrends für drucklos gesintertes Siliziumkarbid.

Gesintertes Siliziumkarbid

Gesintertes Siliziumkarbid (SSIC) ist ein Siliziumkarbidmaterial, das durch Sintern von hochreinem, feinem Siliziumkarbidpulver zu einem festen Keramikmaterial gewonnen wird. Dies ist industriell unter hoher Hitze, Temperatur und hohem Druck möglich. SSIC-Materialien zeichnen sich durch hohe Druckfestigkeit und Härte, hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Beständigkeit gegen Chemikalien und Rost aus. Anwendungen, die hohe Maßgenauigkeit, hohe Temperaturen und thermische Stabilität erfordern, profitieren vom Einsatz dieser SSIC-Materialien. Drucklos gesintertes Siliziumkarbid und reaktionsgesintertes Siliziumkarbid sind die wichtigsten Varianten von SSIC-Materialien.

Was ist drucklos gesintertes Siliziumkarbid?

Drucklos gesintertes Siliziumkarbid ist eine gesinterte SiC-Materialsorte, die durch Sintern von ultrafeinem, hochreinem Siliziumkarbidpulver in einer Vakuumatmosphäre bei atmosphärischem Druck und hohen Temperaturen von 1980 °C bis 2200 °C hergestellt wird. Wie der Name schon sagt, ist zur Herstellung dieser Materialien kein externer Druck erforderlich. Manchmal können beim Pressen Sinteradditive wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Borcarbid (B₄C) verwendet werden, um das SiC-Pulver zu festen, thermisch stabilen Keramikmaterialien zu verschmelzen. Durch druckloses Sintern erhalten die Keramikmaterialien einen sehr dichten Körper, da die Dichte während der Produktion auf über 95 % der theoretischen Dichte erhöht wird.

Eigenschaften von drucklos gesintertem Siliziumkarbid

Hier sind einige der einzigartigen Eigenschaften drucklos gesinterter SiC-Materialien:

• Es hat eine hohe Härte

• Ein hoher Schmelzpunkt von 3103K

• Dichte von 3,21 g/cm³

• Hohe Beständigkeit gegen Korrosion und chemische Substanzen.

• Hohe Wärmeleitfähigkeit von über 200 Wm-1k-1

• Ein großer Elastizitätsmodul von 410 GPa

• Die Fähigkeit, hohen Temperaturen von bis zu 1.600 °C standzuhalten

• Hohe Druckfestigkeit von ca. 3000 MPa

• SiC-Reinheitswert von 99%

• Eine Porosität von weniger als 0,2%

• Vickershärte von 2.500HVO.5

• Wärmeausdehnungskoeffizient von 4×10-6i°C

Vergleich zwischen Reaktionssintern und drucklosem Sintern von Siliziumkarbid

Für die industrielle Herstellung von gesinterten Siliziumkarbidmaterialien gibt es im Wesentlichen zwei Verfahren: Reaktionssintern und druckloses Sintern von Siliziumkarbidmaterialien.

Reaktionssintern von Siliziumkarbid

Dieses SSIC-Material lässt sich durch Mischen von Graphit und feinen Alpha-SiC-Partikeln in einer vorgegebenen Menge herstellen. Anschließend wird es auf 1650 °C erhitzt. Die hohen Temperaturen bewirken, dass Alpha-SiC mit dem Kohlenstoff im Graphitkörper reagiert und Beta-SiC bildet. Anschließend wird Silizium vollständig infiltriert und die verbleibenden Poren werden gefüllt, um ein reaktionsgesintertes SSIC-Material zu erzeugen. Dieses Verfahren ist schneller und kostengünstiger als drucklose SSIC-Materialien. Niedrig Sintertemperaturen Zur Herstellung dieser Reaktions-SSIC-Materialien werden lediglich 100 % benötigt. Obwohl das Reaktionssinterverfahren für die Herstellung großformatiger Materialien effektiv ist, weisen die hergestellten Materialien in der Regel keine gleichmäßige Dichte auf. Einige von ihnen reißen sogar nach der Endproduktion. Das Reaktionssinterverfahren ist zudem nicht umweltfreundlich. Aufgrund der hohen Porosität dieser reaktionsgesinterten SSIC-Materialien dringen Gase und Flüssigkeiten stärker in das Material ein als bei drucklos gesintertem SSIC.

Druckloses Sintern von Siliziumkarbid

Sie können SSIC-Materialien durch druckloses Sintern herstellen, bei dem hochreine, ultrafeine SiC-Pulver zu festen keramische Materialien. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: Festphasensintern und Flüssigphasensintern:

Festphasensintern

Bei dieser Sintermethode entstehen zwei feste Lösungen, die als Additive bezeichnet werden: Bor und Kohlenstoff. Bor senkt die Oberflächenenergie der SiC-Grenzfläche, während Kohlenstoff Siliziumdioxid (Siliciumcarbid) an der SiC-Grenzfläche entfernt und so die Oberflächenenergie erhöht. Beim Festphasensintern kommen weitere Additive wie Aluminiumoxid (Al2O3), Bornitrid (BN) oder eine Kombination aus Borcarbid und Aluminiumoxid zum Einsatz.

Flüssigphasensintern

In dieser Phase können verschiedene eutektische Oxide wie Y2O3-Al2O3 als Zusatz oder einzelnes Element verwendet werden. Diese Phase funktioniert besser bei niedrigen Temperaturen. Die Verdichtung von SiC erfolgt durch die Bewegung der SiC-Partikel, die Diffusion und den Massentransfer, die durch den niedrigen eutektischen Punkt entstehen.

Manche Hersteller bevorzugen das Flüssigphasensinterverfahren gegenüber dem Festphasensintern, da es eine gute thermische Stabilität aufweist, weniger Rohstoffe erfordert und die Produktionskosten niedriger sind.

Insgesamt liefert das drucklose Sintern von Siliziumkarbid hochwertige SSIC-Materialien mit höherer Reinheit und besserer Dichte. Dies ermöglicht den Einsatz in Branchen, die Hochtemperatur-Elektronikgeräte herstellen, oder auch in Anwendungen, die hohe Präzision und thermische Stabilität erfordern. Um Zeit zu sparen und die Produktionskosten zu senken, bietet sich das Reaktionssinterverfahren zur Herstellung von gesintertem SiC an. Ihre Wahl hängt also von Ihren Zielen und der gewünschten Anwendung ab.

Vergleich zwischen gesintertem Siliziumkarbid und Siliziumkarbid

Gesintertes Siliziumkarbid (SSIC) ist ein SiC-Keramikmaterial, das durch Sintern ultrafeiner und hochreiner SiC-Partikel zu harten und superfesten Keramikmaterialien hergestellt wird. Siliziumkarbid (SiC) hingegen ist ein fortschrittliches Keramikmaterial Hergestellt aus Silizium und Hartmetall. SiC existiert in der künstlichen Form, dem Carborundum, oder in der natürlichen Form, dem Moissanit. Diese beiden Elemente (Silizium und Kohlenstoff) werden in der Hightech-Industrie unter starker Hitze chemisch kombiniert, um keramische Werkstoffe mit hoher Druckfestigkeit, Härte, thermischer Stabilität sowie Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit herzustellen. SiC-Werkstoffe werden hauptsächlich zur Herstellung von Schleifmitteln, zähen Hartstoffen wie keramischen Kühlkörpern, Maschinenersatzteilen, Luft- und Raumfahrt- und Automobilmotorenteilen usw. verwendet.

SSIC-Materialien sind Siliziumkarbid-Materialien im Allgemeinen überlegen, da diese Materialien durch intensive Hitze stärker verfestigt werden, ihre Porosität verringert und ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu Siliziumkarbid-Komponenten stark verbessert ist.

Anwendungen von drucklos gesintertem Siliziumkarbid

Drucklos gesintertes Siliziumkarbid findet heute in zahlreichen Branchen Anwendung. Einige davon sind:

Fertigungsindustrie

Mit diesen leistungsstarken drucklosen SSIC-Materialien können Sie Dichtungsringe, Gleitlager und robuste, verschleißfeste Teile in schweren Industriemaschinen herstellen.

Elektroindustrie

In der heutigen Elektroindustrie können Sie diese SSIC-Keramikmaterialien aufgrund ihrer hervorragenden Druckfestigkeit und Widerstandsfähigkeit auch unter ungünstigen Bedingungen zur Herstellung von Halbleitern, Waffen und Artillerie sowie Hochtemperatur-Leistungselektronik und -Geräten verwenden.

Metallurgieindustrie

Sie können drucklos gesintertes Siliziumkarbid bei der Herstellung von metallischen Instrumenten und Geräten verwenden, die eine schnelle Wärmeübertragung oder elektrische Leitfähigkeit erfordern. Materialien wie keramische Kühlkörper, Verbrennungsdüsen, Ofenauskleidungskomponenten usw.

Glasindustrie

Materialien aus Glas, wie Fenster, Autowindschutzscheiben, Seitenspiegel und optische Instrumente, können alle aus drucklos gesintertem SiC-Material hergestellt werden.

Aktuelle Markttrends und Marktwert von drucklos gesintertem Siliziumkarbid

Der Markt für drucklos gesintertes Siliziumkarbid wächst weltweit rasant. Warum? Ganz einfach: Derzeit gibt es keinen besseren Ersatz für Siliziumkarbidkeramik und ihre verschiedenen Sorten, zu denen auch die drucklos gesinterten SSIC-Werkstoffe gehören.

Im Jahr 2023 wurde der globale Markt für drucklos gesintertes SiC auf 14 Billionen TP2,3 Milliarden geschätzt, wobei das Marktvolumen über 4 Billionen TP3 Milliarden TP4 liegt. Wenn Sie investieren möchten, sollten Sie wissen, dass die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) im Zeitraum 2024–2030 bei 8,51 Billionen TP3 liegt. Daher ist zu erwarten, dass der Marktwert bis 2030 4 Billionen TP3,8 Milliarden TP4 erreichen wird.

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Häufig gestellte Fragen

Bei welcher Temperatur sintert Siliziumkarbid?

Siliziumkarbid sintert bei Temperaturen zwischen 1950 °C und 2200 °C.

Gibt es bei Siliziumkarbidmaterialien irgendwelche Einschränkungen?

Ja, aufgrund ihrer hohen Festigkeit neigen sie dazu, sehr spröde zu sein und schlecht auf starke Stöße oder mechanische Erschütterungen zu reagieren.

Wie hoch ist die Steifigkeit von SiC?

Die Steifigkeit von Siliziumkarbidmaterialien beträgt etwa 440 GPa – 490 GPa. Dies weist darauf hin, dass es seine ursprüngliche Form bei jeglicher Form mechanischer Belastung beibehalten kann.

Abschluss

Drucklos gesintertes Siliziumkarbid ist ein kostengünstiger und dennoch effektiver Siliziumkarbid-Keramikwerkstoff. Dank seiner verbesserten mechanischen Eigenschaften, seiner ultrahohen Reinheit, seiner hohen Dichte und seiner vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen wird es in naher Zukunft definitiv neue Innovationen hervorbringen. Achten Sie auf diese Siliziumkarbid-Materialien und -Produkte.