Bauteile aus Siliziumkarbid (SiC) sind vielseitige Materialien, die für ihre außergewöhnlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften bekannt sind.
Diese Komponenten werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter Heizelemente, Wafer-Verarbeitungsanlagen und Turbinenkomponenten.
Dies ist auf ihre hohe Wärmeleitfähigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit und Verschleißfestigkeit zurückzuführen.
SiC ist ein keramisches Material, das sich aus Silizium und Kohlenstoff zusammensetzt und eine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie die Fähigkeit aufweist, extremen Temperaturen zu widerstehen.
5 wichtige Punkte erklärt
Zusammensetzung und Struktur
Chemische Zusammensetzung: SiC ist eine Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, bekannt als Karborund.
Es handelt sich um ein keramisches Material mit einer Gitterstruktur, die aus Bindungen zwischen tetraedrischen Kohlenstoff- und Siliziumatomen besteht.
Härte und Festigkeit: Aufgrund seiner starken kovalenten Bindungen besitzt SiC eine beträchtliche Härte und mechanische Festigkeit, die an die von Diamant heranreicht.
Herstellungsverfahren
Rekristallisation: SiC-Heizelemente werden durch Verschmelzen hochreiner Siliziumkarbidkörner bei Temperaturen von über 2150 °C hergestellt, ein Prozess, der als Rekristallisation bekannt ist.
Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): KinTek verwendet ein Massen-CVD-Verfahren zur Herstellung hochreiner (>99,9995%) fester kubischer Beta-SiC-Komponenten.
Dieses Verfahren gewährleistet eine hervorragende chemische Beständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.
Reaktionsgebundenes SiC: Hergestellt durch Infiltration von SiC- und Kohlenstoffpresslingen mit flüssigem Silizium, das mit dem Kohlenstoff zu Siliziumkarbid reagiert und die Partikel miteinander verbindet.
Gesintertes SiC: Hergestellt aus reinem SiC-Pulver mit nichtoxidischen Sinterhilfsmitteln, unter Verwendung herkömmlicher keramischer Formgebungsverfahren und Sinterung in einer inerten Atmosphäre bei hohen Temperaturen.
Thermische Eigenschaften
Thermische Leitfähigkeit: SiC hat eine Wärmeleitfähigkeit von 120-270 W/mK und ist damit ein äußerst effizienter Wärmeleiter.
Thermische Ausdehnung: Mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,0x10-6/°C weist SiC eine geringe Wärmeausdehnung auf, was zur Minimierung der thermischen Belastung und zur Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität bei Temperaturschwankungen beiträgt.
Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schocks: Die Fähigkeit von SiC, schnelle Temperaturschwankungen ohne Schäden zu überstehen, ist auf seine hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe Wärmeausdehnung zurückzuführen.
Elektrische Eigenschaften
Elektrische Leitfähigkeit: SiC hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit, wodurch es sich für Heizelemente und andere elektrische Anwendungen eignet.
Elektrischer spezifischer Widerstand: CVD-SiC ist sowohl mit niedrigem (<10 Ohm-cm) als auch mit hohem (>1.000 Ohm-cm) elektrischen Widerstand erhältlich und erfüllt damit die unterschiedlichsten elektrischen Anforderungen.
Anwendungen
Heizelemente: SiC wird aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit und seiner Fähigkeit, extremen Temperaturen standzuhalten, häufig für Heizelemente verwendet.
Waferverarbeitungs- und Handhabungsgeräte: Hochreine SiC-Komponenten werden aufgrund ihrer hervorragenden chemischen Beständigkeit und thermischen Eigenschaften in Wafer-Verarbeitungsanlagen eingesetzt.
Turbinen-Komponenten: SiC eignet sich aufgrund seiner Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit für Turbinenkomponenten in Hochtemperaturumgebungen.
Mechanische Eigenschaften
Verschleißbeständigkeit: SiC ist äußerst verschleißfest und eignet sich daher ideal für Anwendungen, bei denen Abrieb ein Problem darstellt.
Festigkeit bei hohen Temperaturen: SiC behält seine mechanische Festigkeit auch bei hohen Temperaturen bei, was für Hochtemperaturanwendungen entscheidend ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SiC-Komponenten äußerst vielseitige Materialien mit außergewöhnlichen mechanischen und thermischen Eigenschaften sind.
Aufgrund ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen, verschleißfest zu sein und Wärme effizient zu leiten, eignen sie sich für eine Vielzahl von Anwendungen in Branchen wie der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie.
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