Verschleiß ist eine anhaltende Bedrohung für die industrielle Arbeit, erhöht die Kosten, verlängert die Arbeitszeit und beeinträchtigt die Gesamteffizienz der Abläufe. Keramische Werkstoffe bieten eine Lösung, um diese Probleme zu reduzieren. Siliziumkarbid (SiC) und Wolframkarbid (WC) sind zwei gängige Optionen. Wir bei Wunderschöne KeramikIn diesem Artikel werden die Materialien und ihre Wirksamkeit bei Verschleißanwendungen verglichen.
Siliziumkarbid
Wolframcarbid
Was ist Siliziumkarbid?
Siliziumkarbid ist für seine Eignung in chemischen und temperaturempfindlichen Anwendungen bekannt. Dieses Material ist eine Verbindung aus Kohlenstoff- und Siliziumelementen, deren Atome kovalente Bindungen bilden und dem Material eine kristalline Struktur verleihen.
Nach Diamant ist Siliziumkarbid das härteste Element. Daher eignet es sich für eine Vielzahl von Anwendungen mit Verschleiß. Aufgrund seiner nichtoxidischen Eigenschaften ist Siliziumkarbid korrosionsfrei, was seine Zuverlässigkeit weiter erhöht.
Was ist Wolframcarbid?
Wolframcarbid WC ist, wie der Name schon sagt, das Produkt aus Wolfram und Kohlenstoff, hergestellt durch einen Prozess namens SinternWC wird seit langem in industriellen Anwendungen eingesetzt. Diese Materialien sind beständig, egal ob es um Verschleiß, Abrieb, Hitze oder chemische Beständigkeit geht.
Siliziumkarbid vs. Wolframkarbid in Verschleißanwendungen
Die Kosten sind ein wichtiger, aber nicht der einzige Faktor, der die Wahl des Verschleißmaterials beeinflusst. Langfristig ist das Verständnis der Zuverlässigkeit eines Materials unter verschiedenen Arbeitsbedingungen wie extremem Druck, Temperatur, Abrieb und Chemikalieneinwirkung entscheidend für die Gesamteffizienz.
Wolframkarbide beispielsweise sind teuer, was durch ihre hohe Druckfestigkeit von bis zu 6833 MPa gerechtfertigt ist. Bei extremen Temperaturen verliert diese Festigkeit jedoch durch plastische Verformung einen Großteil ihrer Festigkeit. Daher sind sie für Anwendungen mit hoher Beanspruchung ungeeignet. Materialien mit hoher Temperaturbeständigkeit können hingegen eine bessere Alternative sein.
Vor diesem Hintergrund ist Siliziumkarbid (SiC) eine gute Wahl. Es wird vor allem dort eingesetzt, wo hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit erforderlich ist. Bei der Auswahl beider Keramiken müssen jedoch zahlreiche Faktoren sorgfältig berücksichtigt werden. Diese Faktoren werden im Folgenden erläutert.
Abrasive Bedingungen
Die Härte von Keramik ist ein wichtiger Aspekt bei Verschleißanwendungen. Je härter die Keramik, desto weniger anfällig ist sie für Beschädigungen. Auf der Mohs-Skala liegt die Härte von Siliziumkarbid bei 9,5 und übertrifft damit Wolfram mit 8,5–9. Daher wird Siliziumkarbid eher für abriebempfindliche Anwendungen empfohlen.
SiC liegt mit 3,21 g/cm³ am unteren Ende der Skala und ist damit deutlich niedriger als Wolframkarbid mit 15,6 g/cm³. Diese geringe Dichte macht Siliziumkarbid leicht zu handhaben. Die hohe Kratzfestigkeit macht es zudem zu einer Win-Win-Situation.
Schwere Schlämme und extreme Pumpbedingungen
Schlamm- und Pumpmaschinen müssen kompatibel sein, um in abrasiven und korrosiven Umgebungen effektiv zu arbeiten. Siliziumkarbid eignet sich am besten für diese Bedingungen. Sein niedriger Reibungskoeffizient sorgt für minimalen Verschleiß und Energieverlust.
Wolframkarbid hingegen ist aufgrund seiner Kobaltbindung sehr anfällig gegenüber starken Säuren. Dies lässt sich zwar durch zusätzliche Chrom- und Molybdänbeschichtungen vermeiden, führt aber zu hohen Endkosten. Daher ist Siliziumkarbid für solche Anwendungen die bevorzugte Wahl.
Hochdruckumgebungen
Bohranwendungen wie Öl und Gas erfordern hohe Drücke, und die entsprechenden Dichtungen müssen robust genug sein, um diesen Drücken standzuhalten. Wolframkarbide bieten eine gute Kombination aus hoher Dichte und Festigkeit und eignen sich daher perfekt für solche Anwendungen. Betrachtet man jedoch nur die Festigkeit, sind Siliziumkarbide ebenfalls nützlich, werden jedoch aufgrund ihrer hohen Dichte von Wolfram übertroffen.
Schnelle Temperaturänderungen
Maschinen für Hochtemperaturanwendungen wie Öfen müssen aus temperaturbeständigen Materialien gefertigt sein. Daher muss die Temperaturbeständigkeit bei der Wahl zwischen Silizium und Wolframkarbid berücksichtigt werden.
Der Temperaturausdehnungskoeffizient von Siliziumkarbid liegt bei etwa 4 bis 4,5 × 10⁻⁶/°C, verglichen mit Wolframs 5,00 bis 6,00 × 10⁻⁶/°C, was niedrig ist und als am besten geeignet gilt. Doch das ist noch nicht alles. Auch in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit schneidet Silizium hervorragend ab: Die Leitfähigkeit liegt zwischen 120 und 170 W/mK, während Wolfram nur 84 bis 100 W/mK erreicht.
Unterschiede in Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit
Siliziumkarbid zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit aus. Bei Anwendungen mit hoher Verschleiß- und Reibungswahrscheinlichkeit kann SiC eine zuverlässige Wahl sein. Seine nichtoxidische Beschaffenheit und sein niedriger Temperaturkoeffizient verhindern Verformungen und gewährleisten seine Langlebigkeit in vielfältigen Anwendungen.
Andererseits sind die Steifigkeit und Festigkeit von Wolfram unübertroffen. Dies macht die Keramik auch bei Hochdruckanwendungen über längere Zeit haltbar. Für Anwendungen, die nicht temperatur- und chemikalienempfindlich sind, kann Wolframkarbid daher eine gute Lösung sein.
So wählen Sie zwischen Gleitringdichtungen aus Siliziumkarbid und Wolframkarbid
Bei der Wahl zwischen Silizium- oder Wolframkarbid ist es wichtig, zunächst den jeweiligen Anwendungsfall zu verstehen. Dazu gehört die sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Aspekte wie Flüssigkeitspräsenz, Temperaturbereiche, Druckschwankungen, Abrieb und Korrosionsgefahr.
Die hohe Dichte von Wolfram in Kombination mit seiner enormen Festigkeit macht es für Hochdruckanwendungen äußerst geeignet. Siliziumkarbid hingegen weist nur eine geringere Dichte auf und bietet eine höhere Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Korrosions- und Abriebfestigkeit. Siliziumkarbide bleiben auch gegenüber anderen Chemikalien sehr stabil.
Basierend auf der obigen Analyse lässt sich sagen, dass Siliziumkarbide für alle Verschleißanwendungen außer solchen mit extremem Druck gut geeignet sind. Der im Vergleich zu Wolfram niedrige Preis macht sie zudem günstiger. Die endgültige Wahl hängt jedoch von den jeweiligen Prozesspräferenzen ab.
Das Fazit
Sowohl Siliziumkarbid als auch Wolframkarbid bieten einzigartige Vorteile und Nachteile. Während Wolframkarbid weiterhin eine beliebte Wahl für industrielle Anwendungen ist, erweist sich Siliziumkarbid als kostengünstige und vielseitige Alternative. Wunderschöne Keramik bietet innovative Lösungen, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihr Projekt zu besprechen und herauszufinden, wie unsere Expertise Ihre Prozesse verbessern kann.