Karbid křemíku ROCAR®– Výrobní proces Velkosériová výroba
Příprava tělesa
Malosériová/ kusová výroba
9
Lisování za sucha
Zelené obrábění
Infiltrace křemíkem (ca 1600oC)
Izostatické
Zkoksování
SiSiC
lisování
Soustružení/frézování
SSiC Slinutí (ca 2000oC)
Pískování
Tvrdé obrábění (broušení, lapování, leštění)
Během let jsme optimalizovali výrobní procesy
Dosahujeme optimálních výsledků v návrhu
pro různé materiály a bylo dosaženo vysokého
výrobků a systémů díky úzké spolupráci s našimi
standardu spolehlivosti. Díky zvládnutí výrobních
zákazníky a využitím našich zkušeností. V důsledku
technologií jsme schopni vyrábět součásti z SiSiC
toho můžeme minimalizovat výrobní náklady
až do průměru 1000 mm a délky 950 mm. SSiC
od počátku. Zkušební vzorky a prototypy jsou
součásti jsou omezeny na průměr 550 mm a
vyráběny a zkoušeny na našem vývojovém
délku 420 mm.
pracovišti a vyvíjeny až do sériové zralosti.
Naše dceřinné podniky: France
Scandinavia
USA
CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering
CeramTec, Innovative Ceramic Engineering, Scandinavian Sales Office
CeramTec North America Corp.
Bureau de Représentation en France 51, rue Pierre 92110 Clichy France Phone: +33 1 309000-80 Fax: +33 1 309000-23 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.fr
Klippan 1J 41451 Göteborg Sweden Phone: +46 31 1248-00 Fax: +46 31 1248-03 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
One Technology Place Laurens, SC 29360 USA Phone: +1 800 8459761 Fax: +1 864 682 1120 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
China Great Britain
Spain and Portugal
Suzhou CeramTec High-Tech Ceramics Co., Ltd.
CeramTec UK Ltd.
CeramTec Ibérica, Innovative Ceramic Engineering, S.L.
72 Loujiang Road Kuatang Sub-district SIP 215122 Suzhou City PR China Phone: +86 512 6274-0788 Fax: +86 512 6274-5928 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
Sidmouth Road Colyton Devon EX24 6JP England Phone: +44 1297 552707 Fax: +44 1297 553325 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
Santa Marta, 23-25 08340 Vilassar de Mar (Barcelona) Spain Phone: +34 93 750-6560 Fax: +34 93 750-1812 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
Malaysia
Italy Czech Republic
CeramTec Commerciale Italiana Via Campagnola, 40 24124 Bergamo Italy Phone: +39 035 322382 Fax: +39 035 4243200 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
CeramTec Czech Republic s.r.o. Žerotínova 62 78701 Šumperk Czech Republic Phone: +420 583 369-111 Fax: +420 583 369-190 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.cz
CeramTec AG, Innovative Ceramic Engineering, (M) Sdn. Bhd. Lot 17, Lorong Bunga Tanjung 3/1 Senawang Industrial Park Negeri Sembilan 70400 Seremban Malaysia Phone: +60 6 677-9300, +60 6 677-9861 Fax: +60 6 677-9388 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
Naše zastoupení: Taiwan
Korea
HERR CORPORATION
Olive Corporation
6F-11. No 22 Wu.chuan 2nd Road HSIN • CHUANG City Taipei Taiwan Phone: +886 2 2992244 Fax: +886 2 2992020 e-mail:
[email protected]
Hanshin Hue 104Ð304 Sangok-Dong 204-1 Bupyung-Ku Incheon, Korea Phone: +82 32 5165221 Fax: +82 32 5215221 e-mail:
[email protected]
CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering Mechanical Systems Division Luitpoldstraße 15 D- 91207 Lauf Phone: +49 9123 77-199
T
H
E
C
E
R
A
M
I
C
E
X
P
E
R
T
S
+49 9123 77-493 Fax: +49 9123 77-464 e-mail:
[email protected] www.ceramtec.com
Divize Strojní technika
ROCAR® Karbid křemíku Speciální materiály pro stroje a zařízení
T
H
E
C
E
R
A
M
I
C
E
X
P
E
R
T
S
Karbid křemíku ROCAR® – Materiál pro speciální aplikace
Karbid křemíku (SiC) patří do skupiny 2
neoxidových keramických materiálů a je jedním
Karbid křemíku má několik
z
mimořádných vlastností:
nejtvrdších
existujících
materiálů.
Svou
mimořádnou tvrdost získal díky kovalentním vazbám mezi atomy křemíku a uhlíku. Tyto silné
• Vysoká teplotní odolnost
vazby také způsobují jeho vysoký modul pružnosti
• Odolnost vůči korozi
a mimořádně nízkou tepelnou roztažnost. Karbid
• Vynikající tepelná vodivost
křemíku vykazuje vysokou tepelnou vodivost.
• Nízká tepelná roztažnost
Toto je doprovázeno vysokou, téměř konstantní
• Vysoká pevnost v širokém
pevností v širokém rozsahu teplot spolu s nízkou hustotou. Odolnost vůči chemickému a tepelnému
teplotním rozsahu • Nízká hustota
zatížení jej činí vhodným k použití v agresivních médiích (kyseliny a slabé zásady), při zvýšených teplotách a za současného tribologického zatížení. Jako polovodivá látka má karbid křemíku také
Karbid křemíku je výchozí materiál z vysoce výkonných keramik v tribologických aplikacích.
zvláštní elektrické vlastnosti.
PlášŅ magnetické spojky v bezucpávkových čerpadlech
Těsnící kroužky pro čerpadla, kompresory a míchadla
Třídící kola pro abrazivní materiály
ROCAR® – Křemíkem infiltrovaný (SiSiC) a
Se svými vynikajícími vlastnostmi je karbid křemíku optimálním materiálem pro náročné
slinutý karbid křemíku (SSiC) SiSiC je křemíkem infiltrovaný karbid křemíku
aplikace v zařízeních a strojích. Je také lepší
s trojrozměrnou strukturou matice, ve kterém
než mnoho jiných speciálních materiálů a je
jsou zbývající pórovité dutiny vyplněny kovovým
klíčem k mnoha řešením. Ve vysoce spolehlivých
křemíkem. Je to přesně tato maticová struktura,
procesech vyrábíme přesné součásti – od
která dává materiálu jeho vynikající mechanické
těsnících kroužků a ložisek o různých průměrech
vlastnosti a odolnost vůči opotřebení.
až po trysky se složitou geometrií – pro uživatele
Díky jeho mimořádně nízkému smrštění
na celém světě.
během výpalu jej lze použít pro výrobu velkých a složitých součástí s úzkými tolerancemi. Nicméně kvůli bodu tání kovového křemíku je rozsah použití SiSiC omezen zhruba do 1350 °C. V důsledku přítomnosti kovového křemíku nelze SiSiC použít v silně zásaditých médiích. V takovýchto podmínkách je lepší použít slinutý karbid křemíku (SSiC), který je odolný vůči všem chemickým médiím. Na rozdíl od SiSiC se SSiC skládá výhradně z karbidu křemíku, bez kovového křemíku, což zvyšuje jeho teplotní a chemickou odolnost. Relativně vysoké výpalové smrštění (ca.20%) vyžaduje dodatečné tvrdé obrábění pro dosažení přesných funkčních rozměrů.
Měřící kolo pro měření parametrů spalin
Spirálová tryska se závitem pro abrazivní kapaliny
Trubice a části armatur pro agresivní média nebo spaliny
3
Karbid křemíku ROCAR® Materiál pro náročné aplikace
Naše důkladné pochopení materiálů a 4
jejich použití nás učinilo jedním z předních světových odborníků na aplikaci karbidu křemíku. Dosahujeme vynikajících výsledků u výrobků a systémů navržených za použití ROCAR® v úzké spolupráci s našimi zákazníky a využitím našich dlouholetých znalostí. Můžete se spolehnout na naši radu a znalosti systémové integrace a technologie. Tribologické použití Typické
použití
součástí
ROCAR®
je
dynamické těsnění u mechanických ucpávek a
Použití těsnících kroužků vyrobených z karbidu křemíku ROCAR® v čerpadlové technice
kluzných ložisek, např. v čerpadlech a hnacích
kombinovaným namáháním suchým a smíšeným
systémech. Zde karbid křemíku ROCAR®
třením, je mezikrystalická pevnost zrn dostatečná
přináší hospodárnější řešení než kovy a má
pro zabránění poškození. Všechny tyto vlastnosti
mnohonásobně delší životnost i při použití
karbidu
v agresivních a vysokoteplotních médiích.
mimořádně spolehlivá a nízkoúdržbová řešení.
Vytvoření
filmu maziva mezi kluznými
součástmi je zajištěno topografií povrchu. V případě krátkodobého běhu na sucho či
křemíku
značky
ROCAR®
přináší
Klasickou ukázkou je těsnění lodních hřídelů, kde jsou běžné velmi dlouhé servisní intervaly a jakýkoli neplánovaný servis je velmi komplikovaný.
ROCAR® Karbid křemíku na palubě lodi. Těsnící kroužky s vnějším průměrem 900 mm udržují hladký běh hnacího systému Queen Mary 2. Jejich výroba z monolitického bloku je možná pouze technologií používanou v CeramTec
Abrazivní použití Spotřeba
materiálu
kvůli
vysokému
5
tepelnému zatížení, tření, opotřebení a korozi je vysokým nákladovým faktorem u mnoha průmyslových instalací. V důsledku náročných environmentálních a vnitřních zatížení u strojů pro potravinářský průmysl, chemické instalace, turbíny a energetiku mohou kovové součásti rychle dosáhnout svých mezí.
Pro použití v potravinářském odvětví je zásadní toxikologická bezpečnost karbidu křemíku ROCAR®.
Součásti z ROCAR® Karbid křemíku pro průmyslové aplikace
Díky své mimořádné tvrdosti, odolnosti vůči opotřebení a dobré tepelné vodivosti je v těchto případech karbid křemíku ROCAR® ideálním materiálem. Koroze a kapalinová eroze je potlačena stejně účinně jako opotřebení třením. Naše materiály lze bez problémů použít v potravinářském odvětví díky potravinové nezávadnosti stvrzené certifikátem.
Součásti vyrobené z karbidu křemíku ROCAR® se používají například v chemických instalacích, mlýnech, expandérech, extrudérech, hydrocyklonech a zejména jako trysky.
Karbid křemíku ROCAR®– řízená kvalita a vynikající vlastnosti
Vynikající charakteristiky našich materiálů a jejich aplikace zvyšují náš technologický náskok. Dnes máme k dispozici vyspělé, nákladově účelné vývojové a výrobní technologie. Na základě systému jakosti splňujícího QS 9000 a ISO 9001 používáme nejmodernější techniky řízení jakosti. Pomocí vyzrálých procesů a sledovaných postupů vyrábíme sériové zakázky dle zákaznické specifikace se stejnou přesností jako
Weibullův modul
Poissonova konstanta
g/cm3
Zkušební metody
DIN EN 623-2
Vol. [%]
DIN EN 843-1
DIN 51067T1
DINV ENV 843-2
DINV ENV 843-4
DIN 51109
DINV ENV 843-5
DINV ENV 843-2
Lomová houževnatost KIC
GPa
Obecné vlastnosti
Jednotky
Tvrdost Vickers HV 0.5
Youngův modul pružnosti
MPa
při 20 0C
MPa
Pevnost v ohybu
porezita (přibližně)2
Pevnost v tlaku
Materialové charakteristiky
Uzavřená
Značka
Materiál
Měrná hustota
malosériovou výrobu a vzorové díly.
Mechanické vlastnosti MPa m1/2
SiC-ZrB2
3.26
2
330
2,000
415
2,750
3.8
8
0.16
ROCAR® ST
SSiC
3.11
2
400
2,200
420
2,500
4.1
>8
0.16
ROCAR® S1
SSiC
3.15
2
410
3,500
430
2,300
4.1
> 10
0.17
ROCAR® SiG
SiSiC
3.07
0
340
3,500
380
two-phase 1)
4.0
> 14
0.17
ROCAR® SiF
SiSiC
3.07
0
350
3,500
395
two-phase1)
4.0
> 14
0.17
CD 101
Karbid křemíku
6
jsou nepřetržitě optimalizovány v našich laboratořích, čímž
1) HV 0.2 1200 (Si) / 2700 (SiC)
2) žádný z materiálů nemá otevřenou porezitu (absorpce vody 0%)
Tribologické podmínky v systému kotouč/kotouč: porovnání párů z různých materiálů Součinitel tření µ µ Friction coefficient
0.5
0.4
Karbid křemíku
0.3
Karbid křemíku je mimořádně tvrdý a vykazuje vynikající korozní a tepelnou odolnost. Jeho výborné kluzné vlastnosti
0.2
a vysoká tepelná vodivost jej činí ideálním tribologickým
0.1
Rubalit® A1996 – ROCAR® S ROCAR® S – ROCAR® S ROCAR® Si – ROCAR® Si
materiálem, zejména pro dynamická těsnění. 2
0
SSiC
4
6
8
10
t
SSiC je odolný vůči všem chemickým médiím. Protože není ve struktuře přítomen žádný kovový křemík, lze jej použít při teplotách do 1700 °C bez zhoršení pevnosti.
Opotřebení Rv
Náš nový ROCAR® ST je optimalizován pro velkosériovou
Vysoký rozsah
Oxid hlinitý
Ocel
produkci využitím suchého lisování, což způsobuje vysokou
Karbid křemíku
procesní spolehlivost spojenou s nižšími výrobními náklady. SiSiC U SiSiC jsou původně uzavřené pórovité dutiny vyplněny při výpalu kovovým křemíkem. Protože je smrštění během výpalu Low-wear Nízký rozsah
minimální, lze vyrábět složité součásti s úzkými tolerancemi. Jeho maximální teplota použití je 1350 °C. Nicméně není
400
800
ocel
SiO2
vhodný pro použití ve vysoce zásaditých médiích vzhledem
1,600
2,000
2,400
Al2O3
SiC
Tvrdost Hv
0C
• v redukční nebo inertní atmosféře
Maximální teplota použití
0C
• v oxidační atmosféře
Odolnost na teplotní šok
Dielektrický ztrátový faktor
Dielektrická konstanta
Dielektrická pevnost
Měrný odpor 800 0C
KJ/kgK
Měrný odpor 400 0C
Měrné teplo Cp 1,000 0C
KJ/kgK
Měrný odpor 20 0C
Měrné teplo Cp 20-100 0C
roztažnosti 20-1,000 0C
Opotřebení: Vztah nízké/vysoké pásmo – porovnání různých materiálů
Koeficient lineární tepelné
roztažnosti 20-600 0C
Koeficient lineární tepelné
roztažnosti 20-400 0C
Koeficient lineární tepelné
roztažnosti 20-200 0C
Koeficient lineární tepelné
Tepelná vodivost při 20 -100 0C
k obsahu kovového křemíku
1,200
Teplotní a elektrické vlastnosti W/mK DIN EN 821-2 100
10-6 K-1
10-6 K-1 10-6 K-1 10-6 K-1
Ω cm
Ω cm
Ω cm kV/mm
IEC DIN DINV DINV DIN DIN DIN EN 821-1 EN 821-1 EN 821-1 EN 821-1 ENV 821-3 ENV 821-3 672-1
IEC 672-1
IEC IEC 672-1 672-1
3.5
3.5
4.5
4.5
0.6
Ð
3á104 1á102
IEC 672-1 29 (1 MHz)
IEC 672-1 2á10-2 (9
0C
DINV ENV 820-3 1,400
1,800
1,400
1,800
1,500
1,800
GHz)
100
3.6
4.0
4.4
4.6
0.6
Ð
5á107
10
Ð Ð
115
3.0
3.6
4.1
4.6
0.6
Ð
1á103
< 10 2á10-1 (9 GHz)
115
3.4
4.1
4.4
4.9
0.7
1.3
<1
1á102
1,350
1,350
120
3.8
4.3
4.5
4.9
0.7
1.3
<1
1á102
1,350
1,350
Hodnoty a vlastnosti keramických materiálů Pro představení jednotlivých materiálů jsou použity typické hodnoty. Krystalická struktura těchto materiálů, statistické
odchylky ve složení a vliv výrobních procesů mohou způsobit změny parametrů a tedy výše uvedené hodnoty jsou jen informativní, obvyklé hodnoty a nelze je garantovat.
Korozní odolnost SiSiC a SSiC Koncentrace roztoku v %
Médium aceton chlorid hlinitý kyselina mravenčí čpavek chlorid amonný fluorid amonný dusičnan amonný benzen kyselina boritá kysličník vápenatý kyselina citronová kyselina chromsírová chlorid železitý síran železnatý ledová kyselina octová etanol etylacetát kyselina fluorovodíková k. fluorovodíková + k. dusičná močovina louh draselný louh draselný chlorid draselný chroman draselný dusičnan draselný manganistan draselný lučavka královská chlorid měïnatý síran měïnatý hydroxid lithný síran horečnatý metanol + = žádná koroze
Povrch
koncentrovaný + 10 + koncentrovaný + koncentrovaný + 25 + 20 (+) 50 + koncentrovaný + studený nas. roztok + studený nas. roztok + 50 + koncentrovaný + 45 + 25 + koncentrovaný + koncentrovaný + koncentrovaný + koncentrovaný, 40 (+) koncentrovaný, 3:1 0 studený nas. roztok + 30 0 20 (+) studený nas. roztok + 35 + 20 + 5 + koncentrovaný, 3:1 + 40 + 20 + 10 + 4 + koncentrovaný +
(+) = možná koroze
100 µm
100 µm
100 µm
100 µm
Mikrostruktura
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + (+) + (+) 0 + + + + + + + + + +
směsná kyselina uhličitan sodný chlorid sodný fluorid sodný chlornan sodný tetraboritan sodný peroxid sodíku fosforečnan sodný sirník sodný thiosíran sodný louh sodný louh sodný kyselina olejová kyselina šŅavelová kyselina fosforečná kyselina ftalová kyselina propioniová dusičňan rŅutnatý kyselina dusičná kyselina solná kyselina aírová, oleum kyselina sírová kyselina sírová kyselina siřičitá dusičnan stříbrný tetrachlorethylen chlorid uhličitý kyselina tetrafluorboritá peroxid vodíku kyselina vinná chlorid zinečnatý
Koncentrace roztoku v %
Ra Rk Rpk Rvk
0,042 µm 0,110 µm 0,033 µm 0,126 µm
Ra Rk Rpk Rvk
0,019 µm 0,030 µm 0,010 µm 0,084 µm
Ra Rk Rpk Rvk
0,027 µm 0,075 µm 0,017 µm 0,069 µm
Ra Rk Rpk Rvk
0,068 µm 0,166 µm 0,047 µm 0,194 µm
Ra Rk Rpk Rvk
0,021 µm 0,055 µm 0,022 µm 0,052 µm
100 µm
100 µm
100 µm
SiSiC SSiC 20 0C 50 0C 20 0C 50 0C
koncentrovaný, 1:1 + + 15 studený nas. roztok + 4 + + 12,5% volného Cl 20 + 10 + 10 + 50 + 40 + 10 (+) 0 30 koncentrovaný + studený nas. roztok + koncentrovaný, 85 + alkoholický roztok + koncentrovaný + 10 + koncentrovaný, 65 + koncentrovaný, 36 + 30 volný SO3 + koncentrovaný, 98 + 50 + 5-6 volný SO2 + 10 + koncentrovaný + koncentrovaný + koncentrovaný (+) 30 + 10 + 60 +
Měření drsnosti povrchu
100 µm
100 µm
+ + + (+) + 0 + + + + + + + + + + + 0 0 + 0 0 + + + + + + + (+) + +
Médium
0 = koroze se vyskytuje
according to prescribed method for the main application
100 µm
SSiC SiSiC 20 0C 50 0C 20 0C 50 0C
+ + + (+) + + + + + + 0 0 + + + + + + + + + + + + + + + (+) + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + + + + + + (+) 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
8
