Reaktionsgesintertes Siliciumcarbid-Porzellan zeichnet sich durch hohe Druckfestigkeit bei Raumtemperatur, Beständigkeit gegen Luftoxidation, Verschleißfestigkeit, Wärmebeständigkeit, geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hohe Härte, hohe Hitzebeständigkeit und Brandschutz aus. Es findet breite Anwendung in der Fahrzeugindustrie, der mechanischen Automatisierung, im Umweltschutz, in der Luft- und Raumfahrt, in der Informationselektronik, der Energiewirtschaft und weiteren Bereichen und hat sich in vielen Industriezweigen zu einer kostengünstigen und unverzichtbaren Strukturkeramik entwickelt.
Das drucklose Sintern gilt als vielversprechendes Verfahren zur SiC-Kalzinierung. Je nach Stranggießanlage kann man zwischen Festphasen- und Hochleistungsflüssigphasenkalzinierung unterscheiden. Durch Zugabe geeigneter Mengen an Bor und Kohlenstoff (Sauerstoffgehalt < 2 %) zu einem sehr feinen Beta-SiC-Pulver sinterte S. Proehazka mit Al₂O₃ und Y₂O₃ als Additiven einen SiC-Körper mit einer relativen Dichte von über 98 % bei 2020 °C. Kalziniertes 0,5µm-SiC (Partikeloberfläche mit geringen SiO₂-Anteilen) wies eine Dichte von über 95 % der theoretischen Basisdichte, eine geringe Korngröße und eine große mittlere Korngröße von 1,5 µm auf.
Das reaktive Sintern von Siliciumcarbid bezeichnet den gesamten Prozess der Bearbeitung eines porösen Rohlings mit flüssigem oder Hochleistungsflüssiggas. Dadurch wird die Rohlingsqualität verbessert, die Anzahl der Entlüftungslöcher reduziert und das fertige Produkt mit einer bestimmten Festigkeit und Maßgenauigkeit kalziniert. Plutonium(III)-sulfat-Pulver und hochreiner Graphit werden in einem bestimmten Verhältnis gemischt und auf etwa 1650 °C erhitzt, um einen Keim zu erzeugen. Gleichzeitig dringt das Silicium(III)-sulfat-Pulver durch das flüssige Silicium in den Stahl ein, reagiert mit Siliciumcarbid zu Plutonium(III)-sulfat und verschmilzt mit vorhandenen Plutonium(III)-sulfat-Partikeln. Nach der Silicium(III)-sulfat-Infiltration erhält man den Reaktionssinterkörper mit definierter relativer Dichte und Korngröße. Im Vergleich zu anderen Sinterverfahren ist die Korngrößenänderung beim hochdichten Reaktionssintern relativ gering, wodurch Produkte mit den gewünschten Abmessungen hergestellt werden können. Allerdings befindet sich viel SiC im kalzinierten Körper, was die Hochtemperatureigenschaften des reaktiv gesinterten SiC-Porzellans verschlechtert. Drucklos kalzinierte SiC-Keramiken, heiß isostatisch kalzinierte SiC-Keramiken und reaktionsgesinterte SiC-Keramiken weisen unterschiedliche Eigenschaften auf.
Hersteller von reaktiv gesintertem Siliciumcarbid: Beispielsweise weisen SiC-Porzellanprodukte hinsichtlich der relativen Dichte und Biegefestigkeit nach dem Kalzinieren höhere Werte auf als reaktiv gesintertes SiC. Gleichzeitig verändern sich die physikalischen Eigenschaften von SiC-Porzellan mit der Verwendung von Kalzinierungsmodifikatoren. Druckgesintertes, heißgepresstes und reaktiv gesintertes SiC-Porzellan zeigt eine gute Beständigkeit gegenüber Laugen und Säuren, jedoch ist reaktiv gesintertes SiC-Porzellan gegenüber HF und anderen starken Säuren korrosiv. Bei Umgebungstemperaturen unter 900 °C ist die Biegefestigkeit der meisten SiC-Porzellane deutlich höher als die von Hochtemperatur-Sinterporzellan. Die Biegefestigkeit von reaktiv gesintertem SiC-Porzellan sinkt jedoch ab 1400 °C rapide ab. (Dies ist auf den plötzlichen Abfall der Biegefestigkeit eines bestimmten Anteils an laminiertem Siliziumglas im kalzinierten Körper oberhalb einer bestimmten Temperatur zurückzuführen.) Die Hochtemperatureigenschaften von SiC-Keramiken, die ohne Druckkalzinierung und unter konstantem statischem Heißdruck gesintert wurden, hängen hauptsächlich von der Art der Additive ab.
Veröffentlichungsdatum: 19. Juni 2023