RBSiC से भी अधिक गर्म, पुरानी ईंटों से भी अधिक मजबूत: नाइट्राइड बंधित सिलिकॉन कार्बाइड के लिए एक व्यावहारिक मार्गदर्शिका

नाइट्राइड-बंधित सिलिकॉन कार्बाइड को रिएक्शन-बंधित SiC या सिन्टर किए गए SiC जितना ध्यान नहीं मिलता। यह ठीक है। यह भट्टी की गाड़ियों को सहारा देने, एल्यूमीनियम सेलों की परत चढ़ाने और उस घिसाव को झेलने में व्यस्त है जिसे ऑक्साइड-बंधित ईंट सहन नहीं कर सकती। मैंने NSiC — जिसे NBSiC या नाइट्राइड-बॉन्डेड SiC भी लिखा जाता है — के आसपास पर्याप्त समय बिताया है, और मैं यह स्पष्ट रूप से कह सकता हूँ: यह घने SiC का “बजट संस्करण” नहीं है। यह एक अलग सामग्री है, जिसका काम भी अलग है।.

कागज़ पर यह नुस्खा सरल है। आप सिलिकॉन कार्बाइड के दाने लेते हैं, उनमें सिलिकॉन धातु मिलाते हैं, आकार देते हैं, फिर उन्हें नाइट्रोजन में भट्टी में पकाते हैं। सिलिकॉन सिलिकॉन नाइट्राइड में बदल जाता है और वह नाइट्राइड SiC दानों को एक साथ बांधने वाला बाइंडर बन जाता है। आम तौर पर घनत्व लगभग 70–80% SiC और 20–30% Si₃N₄ के आसपास होता है। नाइट्राइडिंग के दौरान संकुचन बहुत कम होता है, इसलिए आप बिना किसी अन्य सिरेमिक्स जैसी विकृति की चिंता के बड़ी प्लेटें, ईंटें और जटिल आकार बना सकते हैं।.

तैयार भाग में आपको क्या मिलता है

घनत्व आमतौर पर 2.6–2.8 ग्राम/सेमी³ की सीमा में होता है। मानक ग्रेडों में खुली छिद्रता अक्सर लगभग 12–17% के आसपास रहती है। यही छिद्रता वह पहली चीज़ है जिसे लोग गलत समझते हैं। यह स्वतः कोई दोष नहीं है। यही कारण है कि यह सामग्री उस तापीय झटके को सहन कर सकती है जो पूरी तरह सघन पिंड को दरार डाल देगा, और यही वजह है कि यह भट्टी की गाड़ी में प्रयुक्त रिएक्शन-बाउंड SiC से हल्की होती है। कुछ आधुनिक ग्रेडों को पुनः भट्टी में पकाया जाता है या सतही छिद्रों को सिलिका की एक परत से बंद करने के लिए तैयार किया जाता है। ये स्पंज की तरह नहीं बल्कि सीलबंद अग्निरोधक की तरह व्यवहार करते हैं।.

घन SiSiC की तुलना में इसकी मजबूती कम होती है। सामान्य भट्टी और अग्निरोधी ग्रेडों पर कमरे के तापमान पर विभंग गुणांक दसियों मेगापास्कल का हो सकता है, न कि प्रतिक्रिया-बंधित बीमों के लिए सुनी जाने वाली 250 मेगापास्कल वाली कहानी। उपयोगी हिस्सा यह है कि तापमान पर क्या होता है। नाइट्राइड-बंधित सिलिकॉन कार्बाइड भार वहन क्षमता को उस बिंदु से काफी ऊपर रखता है जहाँ प्रतिक्रिया-बंधित SiC में मुक्त सिलिकॉन नरम होने लगता है। व्यावहारिक सेवा का हवाला अक्सर वातावरण, भार और इस बात पर निर्भर करते हुए 1450–1600°C के दायरे में दिया जाता है कि ग्रेड एक महीन स्लिप-कास्ट बॉडी है या एक मोटी प्रेस्ड ब्रिक। यदि आप कर्तव्य की जांच किए बिना मार्केटिंग के आंकड़े पर भरोसा करेंगे, तो भी आप प्लेट को मोड़ देंगे।.

कोर्डिएराइट या मुलिट की तुलना में तापीय चालकता अच्छी होती है, और घने RBSiC की तुलना में आमतौर पर कम होती है। विस्तार कम होता है। यही संयोजन और नाइट्राइड बंधन ही कारण है कि फर्नीचर मंगलवार को सूक्ष्म दरार विकसित करने के बजाय गर्म होने और ठंडा होने की प्रक्रिया को सहन कर लेता है।.

रासायनिक रूप से यह कई औद्योगिक वातावरणों में जिद्दी होता है। पिघला हुआ एल्यूमिनियम और क्रायोलिट इसका प्रसिद्ध उदाहरण हैं: नाइट्राइड-बंधित SiC रिडक्शन सेल्स में साइडवॉल सामग्री के रूप में पसंदीदा बन गया क्योंकि कार्बन जल जाता था और ऑक्साइड ईंट टिक नहीं पाती थी। यह घर्षण, कई स्लैग और साइक्लोनों में मौजूद गंदी गैस को मिट्टी-बंधित SiC ईंट की तुलना में बेहतर तरीके से संभालता है। यह अमर नहीं है। मजबूत क्षार, अधूरे नाइट्राइडेशन से बचे हुए मुक्त सिलिकॉन और गर्म सतह पर अनियंत्रित ऑक्सीकरण इसे अभी भी नष्ट कर देंगे।.

जहाँ यह वास्तव में काम करता है

भट्टी का फर्नीचर रोज़मर्रा का काम है। सैनिटरीवेयर, टेबलवेयर, इलेक्ट्रिकल पोर्सिलेन और तकनीकी सिरेमिक्स में बट्स, प्लेट्स, सेटर्स, पोस्ट्स और बीम्स। कॉर्डिएराइट की तुलना में आपको उच्च तापमान, बेहतर लोड, पतले सेक्शन और भट्टी में कम मृत द्रव्यमान मिलता है। यह आखिरी बात कोई कविता नहीं है। कम फर्नीचर द्रव्यमान का मतलब है प्रति चक्र अधिक माल और कम ईंधन।.

एल्यूमिनियम दूसरा बड़ा घर है। पॉटलाइनों में साइडवॉल ब्लॉकों को ऊष्मीय चालकता, यांत्रिक मजबूती और स्नान रसायन के प्रति प्रतिरोध की आवश्यकता होती है। NSiC यह काम ऐसे खर्च पर करता है जिसे संयंत्र सहन कर सकते हैं। ब्लास्ट फर्नेस के निचले स्टैक, अपशिष्ट-से-ऊर्जा घिसाव क्षेत्र, और खनन या बिजली में साइक्लोन लाइनर भी इसी तर्क पर आधारित हैं: कठोर SiC दाना, एक ऐसा बंधन जो गर्मी सहन कर सके, और एक ऐसा आकार जिसे आप ईंट या ढले हुए टुकड़े के रूप में स्थापित कर सकते हैं।.

घिसाव वाले हिस्से भी दिखते हैं — टाइल्स, नोज़ल, पंप के पुर्जे — जब वातावरण गर्म और घर्षणकारी होता है, लेकिन आपको रिएक्शन बॉन्डेड SiC की लगभग शून्य छिद्रता की आवश्यकता नहीं होती। यदि स्लरी ठंडी है और एकमात्र दुश्मन घर्षण से होने वाली घिसावट है, तो एक घना SiSiC लाइनर अक्सर अधिक समय तक टिकता है। यदि दुश्मन गर्मी, घिसाव और तापीय चक्रण है, तो NSiC एक समझदारी भरा विकल्प प्रतीत होने लगता है।.

जब कोई पूछता है “सिर्फ RBSiC का उपयोग क्यों न करें?” तो इसकी तुलना कैसे होती है?”

रिएक्शन बॉन्डेड सिलिकॉन कार्बाइड अधिक सघन, मजबूत और कसा हुआ होता है। यह लगभग 1350–1380°C से नीचे उत्कृष्ट बीम, रोलर्स और सटीक घिसावट वाले पुर्जे बनाता है। उससे ऊपर, मुक्त सिलिकॉन नियंत्रण करता है। NSiC की सूक्ष्मसंरचना में धातु का वह पूल नहीं होता, इसलिए यह अधिक तापमान पर काम करना जारी रखता है। यह बड़े अग्निरोधी आकारों के लिए भी व्यावहारिक विकल्प है, जहाँ विशाल ब्लॉक में सिलिकॉन भरना उद्देश्य नहीं होता।.

पुनःक्रिस्टलीकृत SiC कुछ भट्टी वातावरणों में और अधिक तापमान सहन करता है और अधिक स्वच्छ रहता है, लेकिन यह अधिक छिद्रयुक्त और आमतौर पर कमजोर होता है। ऑक्साइड-बंधित SiC सस्ता होता है और उच्च तापमान पर मजबूती तथा झटके में कमजोर पड़ता है। सिंटर किया गया SiC प्रीमियम घना प्रकार है और इसकी कीमत भी उसी के अनुरूप होती है। NSiC उस श्रेणी में आता है जहाँ संयंत्रों को बड़े टुकड़ों में SiC प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, बिना प्रयोगशाला के सिरेमिक खरीदे।.

मैदान में क्या विफल होता है

अधूरा नाइट्राइज़िंग चुपचाप मार डालने वाला है। एक ब्लॉक बाहरी रूप से ठीक दिख सकता है और अवशिष्ट सिलिकॉन या कमजोर कोर को छिपा सकता है। एल्यूमीनियम सेल में यह जल्दी जंग का कारण बनता है। किल्न प्लेट में यह ऑक्सीकरण बन जाता है जो सतह को पाउडर कर देता है और मजबूती घटा देता है। छिद्रयुक्त शरीर में नमी और फिर तेज आग एक और क्लासिक तरीका है। भाप को आपके उत्पादन कार्यक्रम की कोई परवाह नहीं है।.

लोग अत्यधिक तापमान पर घनी सोच को छिद्रयुक्त ग्रेड पर भी थोप देते हैं। NSiC कोई सीलबंद ट्यूब नहीं है। यदि वायुमंडल अंदर जा सकता है, तो ऑक्सीकरण और संघनन रसायन महत्वपूर्ण हो जाते हैं। और यदि अनुप्रयोग मध्यम तापमान पर उच्च वेग वाली स्लरी का है, तो हो सकता है आपने वह थर्मल-शॉक बीमा खरीद लिया हो जिसकी आपको आवश्यकता नहीं थी।.

इसे इस तरह स्पेक करें जैसे आप वाकई मतलब रखते हों

“SiC ब्रिक” भेजकर उम्मीद न करें। इसे नाइट्राइड बॉन्डेड कहें। चरम तापमान, वातावरण, भार, चक्र समय और रसायन—एल्यूमिनियम बाथ, क्षारीय वाष्प, फ्लाई ऐश, ग्लेज़ ड्रिप, जो भी वास्तव में भाग को छू रहा हो—बताएँ। घनत्व, प्रतीत होने वाली छिद्रता, उच्च तापमान पर विभंग मापांक, और अवशिष्ट मुक्त सिलिकॉन के लिए पूछें। किल्न फर्नीचर के लिए पूछें कि वह स्लिप-कास्ट फाइन-ग्रेन है या कोर्स-प्रेस्ड। ये दोनों उत्पाद घिसाव और ऊष्मा चालकता में समान नहीं होते।.

नाइट्राइड-बंधित SiC वह सामग्री है जिसका उपयोग तब किया जाता है जब ऑक्साइड फर्नीचर थक चुका होता है, रिएक्शन-बंधित SiC तापमान-सीमित या बड़े खंडों में बहुत महंगा होता है, और संयंत्र को अभी भी चलाना होता है। यह आकर्षक नहीं है। यह वह प्लेट है जो भट्टी से सीधी निकलती है, वह साइडवॉल जो नहीं धँसती, और वह लाइनर जो आखिरी अभियान के बाद भी वहीं रहता है। कर्तव्य के अनुसार ग्रेड निर्दिष्ट करें और यह वैसा ही बना रहता है।.