Slijtage vormt een blijvende bedreiging voor industriële werkzaamheden. Het verhoogt de kosten, verlengt de werktijd en brengt de algehele effectiviteit van de werkzaamheden in gevaar. Keramische materialen zijn een oplossing om deze problemen te beperken. Siliciumcarbide (SiC) en wolfraamcarbide (WC) zijn twee veelgebruikte opties. Wij van Prachtige keramiekIn dit artikel worden beide materialen en hun effectiviteit bij slijtage vergeleken.
Siliciumcarbide
Wolfraamcarbide
Wat is siliciumcarbide
Siliciumcarbide staat bekend om zijn geschiktheid voor chemische en temperatuurgevoelige toepassingen. Dit materiaal is een amalgaam van koolstof- en siliciumelementen, waarbij de atomen covalente bindingen aangaan en het materiaal een kristallijne structuur geven.
Na diamant is dit het hardste element. Dit maakt het geschikt voor een lange lijst van toepassingen waarbij slijtage een rol speelt. Dankzij de oxidevrije eigenschappen van siliciumcarbide is het corrosievrij, wat de betrouwbaarheid verder vergroot.
Wat is wolfraamcarbide
Tungsten Carbide WC is, zoals de naam al aangeeft, het product van wolfraam en koolstof, vervaardigd via een proces genaamd SinterenWC wordt al lange tijd gebruikt in industriële toepassingen. Deze materialen zijn zeer geschikt voor gebruik, of het nu gaat om slijt-, schuur-, hitte- of chemische bestendigheid.
Siliciumcarbide versus wolfraamcarbide in slijtagetoepassingen
Kosten zijn een essentiële, maar niet de enige factor die van invloed is op de keuze van het slijtmateriaal. Op de lange termijn is inzicht in de betrouwbaarheid van een materiaal onder verschillende werkomstandigheden, zoals extreme druk, temperatuur, slijtage en blootstelling aan chemicaliën, cruciaal om de algehele efficiëntie te begrijpen.
Wolfraamcarbiden zijn bijvoorbeeld duur, wat gerechtvaardigd wordt door hun hoge druksterkte tot wel 6833 MPa. Bij extreme temperaturen maakt plastische vervorming echter veel van deze sterkte onbruikbaar. Dit maakt ze uiteindelijk minder geschikt voor toepassingen met hoge spanningen. Aan de andere kant kan materiaal met hoge temperatuurbestendigheid een beter alternatief zijn.
Tegen deze achtergrond is siliciumcarbide (SiC) een goede keuze. Het wordt het meest toegepast in toepassingen waar hoge temperatuur- en chemische bestendigheid vereist is. Beide keramieksoorten vereisen echter zorgvuldige afweging van een groot aantal factoren bij de keuze. Deze factoren worden hieronder besproken.
Schurende omstandigheden
De hardheid van keramiek is een belangrijk aspect bij slijtagetoepassingen. Hoe harder het keramiek, hoe minder gevoelig het is voor beschadiging. Op de schaal van Mohs is de hardheid van siliciumcarbide 9,5, hoger dan die van wolfraam (8,5-9). Siliciumcarbide wordt daarom meer aanbevolen voor toepassingen die gevoelig zijn voor abrasieven.
Qua dichtheid bevindt SiC zich aan de onderkant met 3,21 g/cm³, veel lager dan de 15,6 g/cm³ van wolfraamcarbide. Deze lage dichtheid maakt siliciumcarbide gemakkelijk te verwerken. Bovendien zorgt de hoge krasbestendigheid voor een win-winsituatie.
Zware slib- en extreme pompomstandigheden
Slib- en pompmachines moeten compatibel zijn om effectief te werken in abrasieve en corrosieve omgevingen. Siliciumcarbide wordt beschouwd als de beste keuze voor gebruik onder deze omstandigheden. De lage wrijvingscoëfficiënt zorgt voor minimale slijtage en energieverlies.
Wolfraamcarbide daarentegen is vanwege de kobaltbinding zeer gevoelig voor sterke zuren. Dit kan echter worden opgelost door extra chroom- en molybdeencoatings aan te brengen, maar dit resulteert in hoge uiteindelijke kosten. Siliciumcarbide is daarom een goede keuze voor dergelijke toepassingen.
Omgevingen met hoge druk
Boortoepassingen zoals olie en gas brengen hoge druk met zich mee en de bijbehorende afdichtingen moeten sterk genoeg zijn om deze druk te weerstaan. Wolfraamcarbiden combineren een hoge dichtheid met sterkte en zijn daarom perfect geschikt voor dergelijke toepassingen. Als we echter alleen naar sterkte kijken, zijn siliciumcarbiden ook bruikbaar, maar presteren ze beter dan wolfraam vanwege hun hoge dichtheid.
Snelle temperatuurveranderingen
Machines die worden gebruikt in toepassingen met hoge temperaturen, zoals ovens, moeten gemaakt zijn van temperatuurbestendige materialen. Temperatuurbestendigheid moet daarom in overweging worden genomen bij de keuze tussen silicium en wolfraamcarbide.
De temperatuurexpansiecoëfficiënt van siliciumcarbide ligt rond de 4 tot 4,5 × 10⁻⁶/°C, vergeleken met de 5,00 tot 6,00 × 10⁻⁶/°C van wolfraam, wat laag is en als het meest geschikt wordt beschouwd. Maar dat is nog niet alles. Wat thermische geleidbaarheid betreft, blinkt silicium ook uit in die parameter, met een geleidbaarheid tussen 120 en 170 W/mK, vergeleken met 84 tot 100 W/mK bij wolfraam.
Verschillen in duurzaamheid en slijtvastheid
Siliciumcarbide blinkt uit in sterkte en temperatuurbestendigheid. In toepassingen waar de kans op slijtage en wrijving groot is, kan SiC een betrouwbare keuze zijn. De oxidevrije aard, in combinatie met de lage temperatuurcoëfficiënt, voorkomt vervorming en garandeert de duurzaamheid in diverse toepassingen.
Aan de andere kant zijn de stijfheid en sterkte van wolfraam ongeëvenaard. Dit maakt het keramiek duurzaam bij toepassingen onder hoge druk gedurende langere tijd. Voor toepassingen die niet gevoelig zijn voor blootstelling aan temperatuur en chemicaliën, kan wolfraamcarbide dus een ideale oplossing zijn.
Hoe te kiezen tussen mechanische afdichtingen van siliciumcarbide en wolfraamcarbide
Bij de keuze tussen silicium en wolfraamcarbide is het belangrijk om eerst de toepassing ervan te begrijpen. Dit vereist zorgvuldige afweging van diverse aspecten, zoals de aanwezigheid van vloeistoffen, temperatuurverschillen, drukverschillen, slijtage en de kans op corrosie.
De hoge dichtheid van wolfraam, gecombineerd met zijn enorme sterkte, maakt het zeer geschikt voor hogedruktoepassingen. Siliciumcarbide daarentegen blijft qua dichtheid slechts achter en biedt een hogere sterkte, temperatuurbestendigheid, corrosiebestendigheid en slijtvastheid. Siliciumcarbide blijft ook zeer stabiel bij blootstelling aan andere chemicaliën.
Op basis van bovenstaande analyse kunnen we gerust stellen dat siliciumcarbiden geschikt zijn voor alle soorten slijtagetoepassingen, behalve toepassingen met extreme druk. Bovendien is de prijs, die lager is dan die van wolfraam, gunstiger, maar de uiteindelijke keuze hangt af van de voorkeuren van elk proces.
De kern van de zaak
Zowel siliciumcarbide als wolfraamcarbide bieden unieke voordelen en beperkingen. Hoewel wolfraamcarbide een populaire keuze blijft voor industriële toepassingen, komt siliciumcarbide naar voren als een kosteneffectief en veelzijdig alternatief. Prachtige keramiek streeft ernaar innovatieve oplossingen te bieden die aansluiten op uw behoeften. Neem vandaag nog contact met ons op om uw project te bespreken en te ontdekken hoe onze expertise uw processen kan verbeteren.