MATERIAL

Siliciumcarbid (SiC), auch bekannt als Carborundum, wird aus Quarzsand, Petrolkoks (oder Steinkohlenkoks), Holzspänen (die bei der Herstellung von grünem Siliciumcarbid zugesetzt werden müssen) und weiteren Rohstoffen hergestellt. Siliciumcarbid kommt auch in der Natur als seltenes Mineral, dem Maulbeerbaum, vor. Unter den modernen, nichtoxidischen, hochtechnologischen Feuerfestmaterialien auf Basis von Kohlenstoff, Stickstoff, Bor und anderen Elementen zählt Siliciumcarbid zu den am weitesten verbreiteten und wirtschaftlichsten Werkstoffen und wird daher auch als Goldstahlsand oder Feuerfestsand bezeichnet. Die industrielle Siliciumcarbidproduktion in China ist derzeit in schwarzes und grünes Siliciumcarbid unterteilt. Beide weisen hexagonale Kristalle mit einem Kristallverhältnis von 3,20 bis 3,25 und einer Mikrohärte von 2840 bis 3320 kg/m² auf.

Siliziumkarbidprodukte werden je nach Anwendungsbereich in verschiedene Typen unterteilt. Sie werden im Allgemeinen vorwiegend mechanisch eingesetzt. Beispielsweise ist Siliziumkarbid aufgrund seiner guten chemischen Beständigkeit, hohen Festigkeit, hohen Härte, guten Verschleißfestigkeit, des niedrigen Reibungskoeffizienten und der hohen Temperaturbeständigkeit ein ideales Material für Siliziumkarbid-Gleitringdichtungen.

SiC-Dichtungsringe lassen sich in statische, bewegliche und flache Ringe unterteilen. Aus SiC-Silizium können je nach Kundenwunsch verschiedene Hartmetallprodukte wie rotierende Siliziumkarbidringe, stationäre Siliziumkarbidsitze und Siliziumkarbidbuchsen gefertigt werden. Es kann auch in Kombination mit Graphit eingesetzt werden. Aufgrund seines geringeren Reibungskoeffizienten im Vergleich zu Aluminiumoxidkeramik und Hartmetall eignet es sich für Anwendungen mit hohen PV-Werten, insbesondere in stark sauren und stark alkalischen Umgebungen.

Die geringere Reibung von SIC ist einer der Hauptvorteile seines Einsatzes in Gleitringdichtungen. SIC ist daher verschleißfester als andere Werkstoffe und verlängert so die Lebensdauer der Dichtung. Zudem verringert die geringere Reibung von SIC den Schmierstoffbedarf. Weniger Schmierstoff reduziert das Risiko von Verunreinigungen und Korrosion und verbessert dadurch Effizienz und Zuverlässigkeit.

SiC zeichnet sich zudem durch eine hohe Verschleißfestigkeit aus. Das bedeutet, dass es auch bei dauerhafter Beanspruchung nicht verschleißt oder bricht. Dadurch ist es das ideale Material für Anwendungen, die ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Langlebigkeit erfordern.

Es kann zudem nachgeschliffen und poliert werden, sodass eine Dichtung im Laufe ihrer Lebensdauer mehrfach überholt werden kann. Aufgrund seiner guten Beständigkeit gegen chemische Korrosion, hohen Festigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, des geringen Reibungskoeffizienten und der hohen Temperaturbeständigkeit findet es vorwiegend mechanische Anwendung, beispielsweise in Gleitringdichtungen.

Bei der Verwendung für Gleitringdichtungen führt Siliziumkarbid zu verbesserter Leistung, längerer Dichtungslebensdauer, geringeren Wartungskosten und niedrigeren Betriebskosten für rotierende Maschinen wie Turbinen, Kompressoren und Kreiselpumpen. Siliziumkarbid kann je nach Herstellungsverfahren unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Reaktionsgebundenes Siliziumkarbid entsteht durch die Verbindung von Siliziumkarbidpartikeln in einem Reaktionsprozess.

Dieses Verfahren beeinträchtigt die meisten physikalischen und thermischen Eigenschaften des Materials nicht wesentlich, schränkt jedoch dessen chemische Beständigkeit ein. Zu den häufigsten problematischen Chemikalien zählen Laugen (und andere Chemikalien mit hohem pH-Wert) sowie starke Säuren. Daher sollte reaktionsgebundenes Siliciumcarbid für diese Anwendungen nicht verwendet werden.

Reaktionsgesintert infiltriertSiliciumcarbid. Bei diesem Werkstoff werden die Poren des ursprünglichen SiC-Materials während des Infiltrationsprozesses durch Ausbrennen von metallischem Silicium aufgefüllt. Dadurch entsteht sekundäres SiC, und der Werkstoff erhält außergewöhnliche mechanische Eigenschaften und wird verschleißfest. Aufgrund seiner minimalen Schrumpfung eignet er sich für die Herstellung großer und komplexer Bauteile mit engen Toleranzen. Der Siliciumgehalt begrenzt jedoch die maximale Betriebstemperatur auf 1350 °C, und auch die chemische Beständigkeit ist auf etwa pH 10 beschränkt. Der Einsatz des Werkstoffs in aggressiven alkalischen Umgebungen wird nicht empfohlen.

GesintertSiliciumcarbid wird durch Sintern eines vorverdichteten, sehr feinen SiC-Granulats bei einer Temperatur von 2000 °C gewonnen, um starke Bindungen zwischen den Körnern des Materials zu bilden.
Zunächst verdichtet sich das Kristallgitter, dann nimmt die Porosität ab und schließlich sintern die Bindungen zwischen den Körnern. Bei diesem Verarbeitungsprozess kommt es zu einer deutlichen Schrumpfung des Produkts – um etwa 20 %.
SSIC-Dichtungsring Es ist beständig gegen alle Chemikalien. Da es kein metallisches Silizium in seiner Struktur enthält, kann es bei Temperaturen bis zu 1600 °C eingesetzt werden, ohne dass seine Festigkeit beeinträchtigt wird.