Aufgrund seiner guten physikalischen Eigenschaften findet reaktionsgesintertes Siliciumcarbid breite Anwendung als wichtiger chemischer Rohstoff. Sein Anwendungsgebiet umfasst drei Bereiche: die Herstellung von Schleifmitteln; die Fertigung von Widerstandsheizkomponenten wie Siliciummolybdänstäben und Siliciumkohlenstoffrohren; die Herstellung von feuerfesten Produkten. Als Spezialfeuerfestmaterial wird es in der Eisen- und Stahlindustrie für Hochöfen, Kupolöfen und andere Stanzprozesse sowie für korrosions- und schadensfeste Bauteile eingesetzt; in Seltenerdmetallhütten (Zink, Aluminium, Kupfer) für Schmelzofenbeschickung, Förderleitungen für flüssiges Metall, Filtervorrichtungen, Schmelztiegel usw.; in der Raumfahrttechnik für Triebwerksdüsen und kontinuierliche Hochtemperatur-Erdgasturbinenschaufeln; in der Silikatindustrie für verschiedene Industrieofenkonstruktionen, Kastenofenbeschickung und Behälter; und in der chemischen Industrie für die Gaserzeugung, Rohölvergaser, Rauchgasentschwefelungsanlagen usw.
Die Verwendung von reinem α-SiC zur Herstellung von Produkten ist aufgrund seiner relativ hohen Festigkeit sehr schwierig, da es sich nur schwer zu nanometerfeinen Pulvern vermahlen lässt. Die Partikel sind plättchen- oder faserförmig und lassen sich selbst bei Erhitzung auf die Zersetzungstemperatur nicht zu einem kompakten Produkt verpressen, was zu einer geringen Faltung, einem unzureichenden Sinterprozess, einer niedrigen Produktdichte und schlechter Oxidationsbeständigkeit führt. Daher wird in der industriellen Fertigung α-SiC eine geringe Menge sphärischen β-SiC-Feinpulvers beigemischt, um durch die Auswahl geeigneter Additive hochdichte Produkte zu erhalten. Als Bindemittel können je nach Art Metalloxide, Stickstoffverbindungen, hochreiner Graphit (z. B. Ton, Aluminiumoxid, Zirkon, Zirkonkorund, Kalkpulver, Verbundglas), Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid und hochreiner Graphit verwendet werden. Die wässrige Lösung des Formgebungsklebstoffs kann unter anderem Hydroxymethylcellulose, Acrylemulsion, Lignocellulose, Tapiokastärke, kolloidale Aluminiumoxidlösung oder kolloidale Siliciumdioxidlösung enthalten. Je nach Art und Menge der Zusätze variiert die Brenntemperatur des Formkörpers und liegt im Bereich von 1400 bis 2300 °C. Beispielsweise werden 70 % α-SiC (Partikelgrößenverteilung > 44 μm), 20 % β-SiC (Partikelgrößenverteilung < 10 μm), 10 % Ton und 4,5 % Lignocelluloselösung gleichmäßig vermischt, unter einem Arbeitsdruck von 50 MPa geformt und 4 Stunden lang bei 1400 °C an Luft gebrannt. Die Rohdichte des Produkts beträgt 2,53 g/cm³, die scheinbare Porosität 12,3 % und die Zugfestigkeit 30–33 MPa. Die Sintereigenschaften verschiedener Produkttypen mit unterschiedlichen Additiven sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Reaktionsgesinterte Siliciumcarbid-Feuerfestmaterialien weisen im Allgemeinen in allen Aspekten hohe Qualitätsmerkmale auf, wie z. B. hohe Druckfestigkeit, hohe Temperaturwechselbeständigkeit, gute Verschleißfestigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber Lösungsmittelkorrosion über einen weiten Temperaturbereich. Allerdings ist ihre Oxidationsbeständigkeit gering, was bei hohen Temperaturen zu Volumenausdehnung und Verformung führt und somit die Lebensdauer verkürzt. Um die Oxidationsbeständigkeit von reaktionsgesinterten Siliciumcarbid-Feuerfestmaterialien zu gewährleisten, wurden umfangreiche Untersuchungen zur Bindemittelschicht durchgeführt. Die Verwendung von Ton (mit Metalloxiden) zur Schmelze bietet jedoch keine Pufferwirkung, sodass die Siliciumcarbidpartikel weiterhin der Oxidation und Korrosion durch Luft ausgesetzt sind.
Veröffentlichungsdatum: 21. Juni 2023