Més calent que el RBSiC, més resistent que els maons antics: una guia pràctica del carboni de silici unit per nitrur

El carbur de silici unit amb nitrur no rep la mateixa atenció que el SiC unit per reacció o el SiC sinteritzat. Això està bé. Està ocupat sostenint els carros del forn, revestint les cèl·lules d'alumini i suportant l'abrasió que els maons units amb òxid no poden resistir. He passat prou temps amb NSiC — també escrit NBSiC o SiC unat per nitrur — per dir-ho clarament: no és una “versió econòmica” de SiC dens. És un material diferent amb una funció diferent.

La recepta és senzilla sobre el paper. Pren gra de carbur de silici, hi afegeixes metall de silici, li dones forma i després el cou en nitrogen. El silici es converteix en nitrur de silici i aquest nitrur esdevé l'aglomerant que manté units els grans de SiC. Les composicions típiques se situen al voltant de 70–80 % de SiC i 20–30 % de Si₃N₄. La contracció durant el nitruració és petita, i per això es poden fabricar plaques grans, maons i formes complexes sense els problemes de deformació que presenten algunes altres ceràmiques.

El que obtens a la peça acabada

La densitat sol estar en l'interval de 2,6–2,8 g/cm³. La porositat oberta en les qualitats estàndard sovint se situa al voltant de 12–17%. Aquesta porositat és la primera cosa que la gent malinterpreta. No és un defecte per defecte. És la raó per la qual el material pot suportar un xoc tèrmic que esquerdaria un cos totalment dens, i per la qual és més lleuger que el SiC unit per reacció en un carretó de forn. Algunes qualitats modernes es refonen o es formulen per tancar els porus superficials amb una capa de sílice. Aquests es comporten més com un refractari segellat que com una esponja.

La resistència és inferior a la del SiSiC dens. El mòdul de trencament a temperatura ambient en graus de forn comú i refractari pot ser de desenes de MPa, no els 250 MPa que s'escolten per a les bigues unides per reacció. La part útil és el que passa a temperatura. El carboni de silici nitrurat manté la capacitat de càrrega molt per sobre del punt en què el silici lliure en el SiC unit per reacció comença a suavitzar-se. El servei pràctic sovint es cita en un interval de 1450–1600 °C, depenent de l'atmosfera, la càrrega i si el grau és un cos de colada fina o un maó premsat més gruixut. Si us deixeu portar pel número de màrqueting sense comprovar la resistència real, encara doblegareu una placa.

La conductivitat tèrmica és bona en comparació amb la cordierita o la mullita, normalment inferior a la del RBSiC dens. L'expansió és baixa. Aquesta combinació, juntament amb l'enllaç nitrur, és la raó per la qual el mobiliari resisteix el calfament i el refredament en lloc de desenvolupar una petita esquerda dimarts.

Químicament és resistent en moltes atmosferes industrials. L'alumini fosa i la criolita són el cas més famós: el SiC aglomerat amb nitrur es va convertir en el material de paret lateral preferit en les cèl·lules de reducció perquè el carboni es cremava i els maons d'òxid no duraven. També suporta millor l'abrasió, moltes escòries i els gasos bruts en ciclons que un maó de SiC aglomerat amb argila. No és immortal. Els alcalins forts, una nitridació deficient amb silici lliure restant i una oxidació descuidada a la cara calenta encara l'acabaran corroint.

On realment funciona

El mobiliari de forn és el nostre negoci quotidià. Mòduls, plats, motlles, pals i bigues per a articles sanitaris, vaixella, porcellana elèctrica i ceràmica tècnica. En comparació amb la cordierita, s'obtenen temperatures més altes, una millor resistència a la càrrega, seccions més primes i menys massa morta al forn. Aquest últim punt no és poesia. Menys massa de suport significa més peces i menys combustible per cicle.

L'alumini és l'altra gran llar. Els blocs de paret lateral a les línies de pot es necessiten conductivitat tèrmica, resistència mecànica i resistència a la química del bany. El NSiC fa aquesta feina a un cost que les plantes poden assumir. Les zones de desgast de la part inferior del conducte de la fornada de coque, les zones de residus a energia i els revestiments de cicló en mineria o generació d'energia segueixen la mateixa lògica: gra de SiC dur, un aglutinant que resisteix la calor i una forma que es pot instal·lar com un maó o una peça fosa.

També apareixen peces de desgast — rajoles, boquilles, peces de bomba — quan l'entorn és calent i abrasiu però no necessites la porositat gairebé zero del SiC unit per reacció. Si la pasta és freda i l'únic enemic és l'abrasió per lliscament, un revestiment dens de SiSiC sovint dura més. Si l'enemic és la calor, l'abrasió i els cicles tèrmics, el NSiC comença a semblar intel·ligent.

Com es compara quan algú pregunta “per què no fer servir simplement RBSiC?”

El carbur de silici unit per reacció és més dens, més resistent i més compacte. Produeix excel·lents bigues, rodets i peces d'ús subjectes a desgast de precisió a temperatures inferiors a uns 1350–1380 °C. Per sobre d'aquesta temperatura, el silici lliure pren el control. El NSiC no té aquest reservori de metall a la microestructura, de manera que pot treballar a temperatures més altes. També és l'opció pràctica per a grans peces refractàries on infiltrar silici en un bloc gegant no té sentit.

El SiC recristal·litzat aguanta temperatures més altes i es manté més net en algunes atmosferes de forn, però és més porós i normalment més feble. El SiC unit amb òxid és més barat i perd resistència a l'alta temperatura i a impactes. El SiC sinteritzat és el cosí dens de gamma alta i es ven al mateix preu. NSiC es troba en el segment on les plantes necessiten el rendiment del SiC en peces de grans dimensions sense haver de comprar una ceràmica de laboratori.

Què falla al camp

La nitruració incompleta és l'assassí silenciós. Un bloc pot semblar perfecte per fora i amagar silici residual o un nucli feble. En una cèl·lula d'alumini es converteix en corrosió prematura. En una placa de forn es converteix en oxidació que polvoritza la superfície i redueix la resistència. La humitat en un cos porós, seguida d'un escalfament ràpid, és un altre clàssic. El vapor no té en compte el teu calendari de producció.

La gent també aplica un pensament massa dens sobre temperatures elevades a un grau porós. El NSiC no és un tub segellat. Si l'atmosfera hi pot entrar, l'oxidació i la química del condensat són importants. I si l'aplicació és una suspensió de gran velocitat a una temperatura moderada, potser hauràs contractat una assegurança contra xoc tèrmic que no necessitaves.

Com especificar-ho com cal

No envieu “maó SiC” i us limiteu a esperar. Anomeneu-lo nitride bonded. Indiqueu la temperatura màxima, l'atmosfera, la càrrega, el temps de cicle i la química — bany d'alumini, vapor alcalí, cendra voladora, degoteig d'esmalt, qualsevol cosa que toqui realment la peça. Demana la densitat, la porositat aparent, el mòdul de trencament en calent i el silici lliure residual. Pel que fa als accessoris de forn, pregunta si la peça és de grània fina colada amb barbotina o de gran gruix premsada. Aquests dos productes no es desgasten ni conducten la calor de la mateixa manera.

El SiC unit per nitrur és el material que utilitzes quan l'equipament d'òxid està desgastat, el SiC unit per reacció té massa limitacions de temperatura o és massa car en seccions grans, i la planta encara ha de funcionar. No és gens glamurós. És la placa que surt del forn recta, el costat que no s'enfonsa i el revestiment que encara hi és després de l'última campanya. Especifiqueu la qualitat segons la funció i es manté així.