Karbid křemíku ROCAR Výrobní proces

Transkript

1 Karbid křemíku ROCAR Výrobní proces Velkosériová výroba Příprava tělesa Malosériová/ kusová výroba 9 Lisování za sucha Zkoksování Izostatické lisování Zelené obrábění Soustružení/frézování Infiltrace křemíkem (ca 16oC) SiSiC SSiC Slinutí (ca 2oC) Pískování Tvrdé obrábění (broušení, lapování, leštění) Během let jsme optimalizovali výrobní procesy pro různé materiály a bylo dosaženo vysokého standardu spolehlivosti. Díky zvládnutí výrobních technologií jsme schopni vyrábět součásti z SiSiC až do průměru 1 mm a délky 95 mm. SSiC součásti jsou omezeny na průměr 55 mm a délku 42 mm. Dosahujeme optimálních výsledků v návrhu výrobků a systémů díky úzké spolupráci s našimi zákazníky a využitím našich zkušeností. V důsledku toho můžeme minimalizovat výrobní náklady od počátku. Zkušební vzorky a prototypy jsou vyráběny a zkoušeny na našem vývojovém pracovišti a vyvíjeny až do sériové zralosti.

2 Naše dceřinné podniky: France CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering Bureau de Représentation en France 51, rue Pierre 9211 Clichy France Phone: Fax: a.hainin@ceramtec.de Great Britain CeramTec UK Ltd. Sidmouth Road Colyton Devon EX24 6JP England Phone: Fax: sales@ceramtec.co.uk Italy CeramTec Commerciale Italiana Via Campagnola, Bergamo Italy Phone: Fax: ceramtec@ceramtec.191.it Scandinavia CeramTec, Innovative Ceramic Engineering, Scandinavian Sales Office Klippan 1J Göteborg Sweden Phone: Fax: hedlund@ceramtec.pp.se Spain and Portugal CeramTec Ibérica, Innovative Ceramic Engineering, S.L. Santa Marta, Vilassar de Mar (Barcelona) Spain Phone: Fax: ceramtec@terra.es Czech Republic CeramTec Czech Republic s.r.o. Žerotínova Šumperk Czech Republic Phone: Fax: ceramtec@ceramtec.cz USA CeramTec North America Corp. One Technology Place Laurens, SC 2936 USA Phone: Fax: information@ceramtec.com China Suzhou CeramTec High-Tech Ceramics Co., Ltd. 72 Loujiang Road Kuatang Sub-district SIP Suzhou City PR China Phone: Fax: h.brigasky@ceramtec.com.cn Malaysia CeramTec AG, Innovative Ceramic Engineering, (M) Sdn. Bhd. Lot 17, Lorong Bunga Tanjung 3/1 Senawang Industrial Park Negeri Sembilan 74 Seremban Malaysia Phone: , Fax: sales@ctmal.po.my Naše zastoupení: Taiwan HERR CORPORATION 6F-11. No 22 Wu.chuan 2nd Road HSIN CHUANG City Taipei Taiwan Phone: Fax: herr1@ms17.hinet.net Korea Olive Corporation Hanshin Hue 14Ð34 Sangok-Dong 24-1 Bupyung-Ku Incheon, Korea Phone: Fax: olivecorp@kornet.net T H E C E R A M I C E X P E R T S CeramTec AG Innovative Ceramic Engineering Mechanical Systems Division Luitpoldstraße 15 D-9127 Lauf Phone: Fax: mechanical_systems@ceramtec.de

3 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

4 Karbid křemíku ROCAR Materiál pro speciální aplikace 2 Karbid křemíku (SiC) patří do skupiny neoxidových keramických materiálů a je jedním z nejtvrdších existujících materiálů. Svou mimořádnou tvrdost získal díky kovalentním vazbám mezi atomy křemíku a uhlíku. Tyto silné vazby také způsobují jeho vysoký modul pružnosti a mimořádně nízkou tepelnou roztažnost. Karbid křemíku vykazuje vysokou tepelnou vodivost. Toto je doprovázeno vysokou, téměř konstantní pevností v širokém rozsahu teplot spolu s nízkou hustotou. Odolnost vůči chemickému a tepelnému 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 zvláštní elektrické vlastnosti. Karbid křemíku má několik mimořádných vlastností: Vysoká teplotní odolnost Odolnost vůči korozi Vynikající tepelná vodivost Nízká tepelná roztažnost Vysoká pevnost v širokém teplotním rozsahu Nízká hustota Karbid křemíku je výchozí materiál z vysoce výkonných keramik v tribologických aplikacích. Těsnící kroužky pro čerpadla, kompresory a míchadla PlášŅ magnetické spojky v bezucpávkových čerpadlech Třídící kola pro abrazivní materiály

5 ROCAR Křemíkem infiltrovaný (SiSiC) a slinutý karbid křemíku (SSiC) SiSiC je křemíkem infiltrovaný karbid křemíku s trojrozměrnou strukturou matice, ve kterém jsou zbývající pórovité dutiny vyplněny kovovým křemíkem. Je to přesně tato maticová struktura, která dává materiálu jeho vynikající mechanické vlastnosti a odolnost vůči opotřebení. Díky jeho mimořádně nízkému smrštění 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 135 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.2%) vyžaduje dodatečné tvrdé obrábění pro dosažení přesných funkčních rozměrů. Se svými vynikajícími vlastnostmi je karbid křemíku optimálním materiálem pro náročné aplikace v zařízeních a strojích. Je také lepší než mnoho jiných speciálních materiálů a je klíčem k mnoha řešením. Ve vysoce spolehlivých procesech vyrábíme přesné součásti od těsnících kroužků a ložisek o různých průměrech až po trysky se složitou geometrií pro uživatele na celém světě. 3 Měřící kolo pro měření parametrů spalin Spirálová tryska se závitem pro abrazivní kapaliny Trubice a části armatur pro agresivní média nebo spaliny

6 Karbid křemíku ROCAR Materiál pro náročné aplikace 4 Naše důkladné pochopení materiálů a 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 kluzných ložisek, např. v čerpadlech a hnacích systémech. Zde karbid křemíku ROCAR přináší hospodárnější řešení než kovy a má mnohonásobně delší životnost i při použití v agresivních a vysokoteplotních médiích. Vytvoření filmu maziva mezi kluznými součástmi je zajištěno topografií povrchu. V případě krátkodobého běhu na sucho či Použití těsnících kroužků vyrobených z karbidu křemíku ROCAR v čerpadlové technice kombinovaným namáháním suchým a smíšeným třením, je mezikrystalická pevnost zrn dostatečná pro zabránění poškození. Všechny tyto vlastnosti karbidu křemíku značky ROCAR přináší mimořádně spolehlivá a nízkoúdržbová řešení. 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 9 mm udržují hladký běh hnacího systému Queen Mary 2. Jejich výroba z monolitického bloku je možná pouze technologií používanou v CeramTec

7 Abrazivní použití Spotřeba materiálu kvůli vysokému 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. 5 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.

8 Karbid křemíku ROCAR řízená kvalita a vynikající vlastnosti 6 Vynikající charakteristiky našich materiálů a jejich aplikace jsou nepřetržitě optimalizovány v našich laboratořích, čímž zvyšují náš technologický náskok. Dnes máme k dispozici vyspělé, nákladově účelné vývojové a výrobní technologie. Na základě systému jakosti splňujícího QS 9 a ISO 91 používáme nejmodernější techniky řízení jakosti. Pomocí vyzrálých procesů a sledovaných postupů vyrábíme sériové zakázky dle zákaznické specifikace se stejnou přesností jako malosériovou výrobu a vzorové díly. Jednotky g/cm3 Vol. [%] MPa MPa GPa MPa m1/2 Zkušební metody EN EN T1 Značka Materiál Měrná hustota Uzavřená porezita (přibližně)2 Pevnost v ohybu při 2 C Pevnost v tlaku Youngův modul pružnosti Tvrdost Vickers HV.5 Lomová houževnatost K IC Weibullův modul Poissonova konstanta Materialové charakteristiky Obecné vlastnosti Mechanické vlastnosti V ENV V ENV V ENV V ENV CD 11 SiC-ZrB , 415 2, ROCAR ST SSiC ,2 42 2,5 4.1 > 8.16 Karbid křemíku ROCAR S1 SSiC ,5 43 2,3 4.1 > 1.17 ROCAR SiG SiSiC ,5 38 two-phase 1) 4. > ROCAR SiF SiSiC ,5 395 two-phase1) 4. > )HV.2 12 (Si) / 27 (SiC) 2)žádný z materiálů nemá otevřenou porezitu (absorpce vody %)

9 Tribologické podmínky v systému kotouč/kotouč: porovnání párů z různých materiálů.5 Součinitel Friction coefficient tření µ µ Karbid křemíku Karbid křemíku je mimořádně tvrdý a vykazuje vynikající korozní a tepelnou odolnost. Jeho výborné kluzné vlastnosti a vysoká tepelná vodivost jej činí ideálním tribologickým materiálem, zejména pro dynamická těsnění. SSiC SSiC je odolný vůči všem chemickým médiím. Protože není ve struktuře přítomen žádný kovový křemík, lze jej použít při teplotách do 17 C bez zhoršení pevnosti. Náš nový ROCAR ST je optimalizován pro velkosériovou produkci využitím suchého lisování, což způsobuje vysokou 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 minimální, lze vyrábět složité součásti s úzkými tolerancemi. Jeho maximální teplota použití je 135 C. Nicméně není vhodný pro použití ve vysoce zásaditých médiích vzhledem k obsahu kovového křemíku Opotřebení Rv Rubalit A1996 ROCAR S ROCAR S ROCAR S ROCAR Si ROCAR Si t Ocel Low-wear Nízký rozsah Vysoký rozsah 4 8 1,2 1,6 2, 2,4 ocel SiO 2 Al 2 O 3 SiC Oxid hlinitý Opotřebení: Vztah nízké/vysoké pásmo porovnání různých materiálů Karbid křemíku Tvrdost H v Tepelná vodivost při 2-1 C Koeficient lineární tepelné roztažnosti 2-2 C Koeficient lineární tepelné roztažnosti 2-4 C Koeficient lineární tepelné roztažnosti 2-6 C Koeficient lineární tepelné roztažnosti 2-1, C Měrné teplo C p 2-1 C Měrné teplo C p 1, C Měrný odpor 2 C Měrný odpor 4 C Měrný odpor 8 C Dielektrická pevnost Dielektrická konstanta Dielektrický ztrátový faktor Odolnost na teplotní šok Maximální teplota použití v oxidační atmosféře v redukční nebo inertní atmosféře Teplotní a elektrické vlastnosti W/mK 1-6 K K K K-1 KJ/kgK KJ/kgK Ω cm Ω cm Ω cm kv/mm C C C EN EN EN EN EN V ENV V ENV Ð 3á14 1á12 29 (1 MHz) 2á1-2 (9 V ENV ,4 1,8 GHz) Ð 5á17 1 Ð 1,4 1,8 Ð Ð 1á13 < 1 1,5 1,8 2á1-1 (9 GHz) < 1 1á12 1,35 1, < 1 1á12 1,35 1,35 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.

10 Korozní odolnost SiSiC a SSiC Médium Koncentrace roztoku v % SiSiC 2 C 5 C SSiC 2 C 5 C Médium Koncentrace SiSiC SSiC roztoku v % 2 C 5 C 2 C 5 C 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 , 4, 3: , 3: () () () () () () () 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, 1: ,5% volného Cl , 85 alkoholický roztok 1, 65, 36 3 volný SO 3, volný SO () () () () () 8 = žádná koroze () = možná koroze = koroze se vyskytuje Povrch according to prescribed method for the main application Mikrostruktura Měření drsnosti povrchu Ra,42 µm Rk,11 µm Rpk,33 µm Rvk,126 µm 1 µm 1 µm Ra,19 µm Rk,3 µm Rpk,1 µm Rvk,84 µm 1 µm 1 µm 1 µm 1 µm 1 µm 1 µm Ra,27 µm Rk,75 µm Rpk,17 µm Rvk,69 µm Ra,68 µm Rk,166 µm Rpk,47 µm Rvk,194 µm Ra,21 µm Rk,55 µm Rpk,22 µm Rvk,52 µm 1 µm 1 µm