Карбид кремния

Для производства изделий из карбида кремния используется технология реакционного спекания. В процессе производства исходная заготовка, полученная прессованием смеси порошков карбида кремния и графита, пропитывается расплавом кремния, после чего спеченная заготовка подвергается механической обработке. Основное достоинство керамики на основе карбида кремния как материала для подшипников и уплотнений жидкостного трения - это очень высокая износостойкость в жестких условиях абразивного изнашивания и повышенных температур, обеспечиваемая сочетанием высокой твердости и высокой теплопроводности. Некоторые физико-механические свойства материала карбид кремния в сравнении с твердым сплавом и силицированным графитом приведены в следующей таблице.

Характеристика материала	Карбид кремния	Самосвязанный карбид кремния	ВК6ОМ	Силицированный графит СГ-Т
Плотность, г/см3	3,05	3,1	14,8	2,6
Состав	92 % карбида кремния	99 % карбида кремния	Карбид вольфрама	50 % карбида кремния
Предел прочности на изгиб, МПа	320…350	350 - 450	1700…1900	90…110
Предел прочности на сжатие, МПа	2300	2500	3500	300…320
Модуль упругости, ГПа	380	390- 420	550	95
Твердость	87…92 HRC	90…95 HRC	90 HRA	50…70 HRC
Трещиностойкость, МПа*м1/2, в пределах	3.5 –4.5	4 – 5	8-25	2-3
Коэффициент теплопроводности при 100°С, Вт/(м°К)	140 – 200	80 – 130	75…85	100…115
Коэфф. теплового расширения при 20-1000°С, К-1*10-6	3,5…4,0	2,8 – 4	4,5	4,6
Вязкость разрушения, МПа*м1/2	3,5	5	10…15	3…4

Область применения подшипников из карбида кремния обусловлена, в основном, его высокими износостойкостью и теплопроводностью. Известно, что ресурс работы деталей из карбида кремния в абразивных средах в разы выше, чем у инструментальных сталей и графитов, и в 1.5-2 раза, чем у твердых сплавов. Высокая теплопроводность существенно снижает градиент температуры в элементах подшипника и вместе с низким коэффициентом термического расширения обеспечивает стабильность геометрических характеристик (величину рабочего зазора и форму поверхности трения) в широком диапазоне рабочих температур. Указанное сочетание высокой теплопроводности и низкого коэффициента термического расширения определяет высокую термостойкость карбида кремния. Он способен выдерживать десятки термоударов до 1000-1300°С;. Карбид кремния работает до температуры 1350°С, что позволяет использовать его во всех известных нам процессах нефтепереработки. В качестве примера можно привести использование карбида кремния в нагревателях, длительно работающих на воздухе при температурах около 1400°С. Большое значение имеет химическая стойкость карбида кремния к продуктам нефтехимии. За рубежом в химической индустрии очень широко используются изделия из карбида кремния, в частности, при высоких температурах. Благодаря своим уникальным физико-химическим и прочностным характеристикам керамика из карбида кремния особенно в последние 5-10 лет широко используется как наиболее удачный материал с точки зрения, инертности, прочности, износостойкости, термостойкости и теплопроводности. Область применения: пары трения в узлах торцевого уплотнения насосных агрегатов используются для перекачки нефтепродуктов, сжиженного газа. Созданы и укомплектованы деталями (крылчатка, вал, пары трения) из карбида кремния химически стойкие насосы для работы в агрессивных средах, а также укомплектованы парами трения в узлах осевых опор в погружных насосах. Карбид кремния также используется для изготовления сопел и форсунок для подачи газов в зону плавления стекла и металлов, спекания керамики. · Сопла различных типоразмеров из карбида кремния:

для пескоструйных установок;
для высокотемпературных пескоструйных установок (температура песка около 1000 °С), используемых для очистки от нагара труб на предприятиях нефтедобывающей промышленности и нефтепереработки;
для факелов газовых печей, в том числе стекловарочных печей с длительностью непрерывной работы более 2 лет;

· Конфузоры различных типоразмеров из карбида кремния для газовых стекловаренных печей для варки хрусталя, взамен чугуна. Работают на Никольском заводе «Красный гигант» более пяти лет при температуре 1300 °С, где чугунные работали 2-3 месяца; · Плиты различных типоразмеров из карбида кремния для футеровки печей с рабочей температурой до 1400 °С в воздушной среде и до 2000 °С в вакууме; · В плавильных печах, где сплавляемый материал не реагирует с кремнием или карбидом кремния, карбид кремния заменяет платину и графит; · В индукционных печах по плавлению сплавов для корпусов часов графитовые тигли заменены на карбид кремния и работают третий год вместо двух месяцев при температурах до 1000 °С.

Химическая стойкость самосвязанного карбида кремния

Среда	Концентрация, %	Температура, o С	Время, 24 часа	Коррозия, мм/год	Сопротивление коррозии
Соляная кислота	35	72	4.2	0.01	A
Уксусная кислота	50	70	4.2	0.00	A
Фосфорная кислота	50	70	4.2	0.01	A
Серная кислота	95-98	70	4.2	0.00	A
Серная кислота	50	70	4.2	0.01	A
Азотная кислота	60	70	4.2	0.00	A
Едкий натр	PH=14	70	4.2	0.02	A
Едкий натр	10	70	4.2	0.05	C
Едкий натр	30	70	4.2	0.1	C
HF+HNO3	40+10	70	4.2	7.12	C

A – <= 0.1; B = 0.1 - 0.8; C – >= 0.8

Химическая стойкость карбида кремния

Среда	Концентрация, %	Температура, o С	Коррозия, мм/год
Серная кислота	95-98	160±10	0.06
Едкий натр	30	100	0.06
Фосфорная кислота	85	300±10	0.28
Азотная кислота	60	20±1	0.06
Гидроокись калия	45	100	0.12
Соляная кислота	20	100	0.12
HF:HNO3	40+10	60±2	6.5