كانت منشأة معالجة كيميائية تعمل في بيئة حمضية تستخدم مكونات مصنوعة من كربيد السيليكون المرتبط بالردود الفعلية (RB-SiC) لسد المضخات والأجزاء الهيكلية المقاومة للتآكل.تعرض النظام لحمض الكبريتيك المركز (H2SO4) عند درجات حرارة مرتفعة حوالي 100 درجة مئوية.

بعد عدة أشهر من التشغيل، لاحظت المحطة تدهورًا تدريجيًا في الأداء، بما في ذلك تآكل السطح والتغيرات الأبعاد في بعض مكونات RB-SiC.

لتحسين عمر الخدمة واستقرار التشغيل ، قام فريق الهندسة بتقييم كربيد السيليكون المكسو بدون ضغط (SSiC) كمادة بديلة.

أظهر تحليل المواد أن مكونات RB-SiC تحتوي على حوالي 10 ٪ إلى 15 ٪ من مرحلة السيليكون الحرة. في البيئات الحمضية القوية ، يمكن لهذا السيليكون الحر أن يخضع للتآكل الانتقائي.

ونتيجة لذلك، يضعف هيكل المادة تدريجيا، مما يؤدي إلى:

• تآكل السطح
• تقليل القوة الميكانيكية
• زيادة تواتر الصيانة
• عمر أقصر للمكونات

أظهرت بيانات الاختبار في ظل ظروف حمض الكبريتيك اختلافًا كبيرًا في معدل التآكل:

• SSiC:1.8 ملغ/سيمتر مربع في السنة
• RB-SiC:55.0 ملغ/سيمتر مربع في السنة

أصبح هذا الاختلاف حاسماً في التشغيل المستمر على المدى الطويل.

استبدلت المنشأة العديد من أجزاء RB-SiC بمكونات SSiC المصنعة مع التحكم في كثافة عالية.

تتضمن خصائص المواد الرئيسية:

• الكثافة ≥ 3.05 غرام/سم3
• مسامية مفتوحة قريبة من الصفر
• لا يوجد مرحلة سيلكون حرة
• قوة الانحناء ≥ 380 MPa
• مقاومة درجات الحرارة العالية ≥ 420 MPa عند 1300°C

نظرًا لأن SSiC يتم إنتاجه من خلال التخمير بدون ضغط في درجة حرارة عالية (> 2100 درجة مئوية) ، فإن الهيكل الدقيق الناتج أكثر استقراراً كيميائيًا في البيئات العدوانية.

بعد الانتقال إلى مكونات SSiC، لاحظ المصنع العديد من التحسينات:

• تحسين مقاومة التآكل
  غياب السيليكون الحر يقلل بشكل كبير من الهجوم الحمضي
• عمر خدمة أطول
  زادت فترات استبدال المكونات بشكل ملحوظ.
• تشغيل أكثر استقراراً
  تحسن استقرار الأبعاد تحت الضغط الحراري والكيميائي.
• تقليل وقت توقف الصيانة
  أدت معدلات التآكل المنخفضة إلى انخفاض عدد عمليات إيقاف التشغيل لاستبدال الأجزاء.

الاختلاف الرئيسي بين المادةين يكمن في وجود السيليكون الحر.

• يحتوي RB-SiC على السيليكون المتبقي الذي يتشكل أثناء عملية التسلل.
• SSiC يشكل هيكل SiC محصور بالكامل دون مرحلة السيليكون الثانوية.

في البيئات القاسية التآكل، وخاصة الأحماض، تصبح مرحلة السيليكون في RB-SiC نقطة ضعف المادة.

هذا يجعل SSiC خيارًا أكثر ملاءمة:

• معدات المعالجة الكيميائية
• مكونات مضادة للتآكل للضخ
• البيئات الحمضية ذات درجات الحرارة العالية

عند الاختيار بين SSiC و Reaction Bonded SiC ، تلعب بيئة التشغيل دورًا حاسمًا.

للتطبيقات التي تنطوي على:

• درجة حرارة عالية (> 1200 درجة مئوية)
• الأحماض القوية أو المواد الكيميائية التآكل
• متطلبات الاستقرار الهيكلي على المدى الطويل

SSiC عادة ما يوفر أداء أفضل على المدى الطويل.

يظل RB-SiC حلًا قابلاً للحياة للتطبيقات التي تكون فيها كفاءة التكلفة أولوية والبيئة التشغيلية أقل عدوانية.