Een chemische verwerkingsinstallatie die in een zure omgeving opereerde, gebruikte componenten van Reaction Bonded Silicon Carbide (RB-SiC) voor pompakkingen en corrosiebestendige constructiedelen. Het systeem werd blootgesteld aan geconcentreerd zwavelzuur (H₂SO₄) bij verhoogde temperaturen rond 100°C.

Na enkele maanden bedrijf constateerde de fabriek een geleidelijke prestatievermindering, waaronder oppervlakte-erosie en dimensionale veranderingen in bepaalde RB-SiC componenten.

Om de levensduur en operationele stabiliteit te verbeteren, evalueerde het engineeringteam Pressureless Sintered Silicon Carbide (SSiC) als alternatief materiaal.

Materiaalanalyse toonde aan dat de RB-SiC componenten ongeveer 10-15% vrije siliciumfase bevatten. In sterke zure omgevingen kan dit vrije silicium selectieve corrosie ondergaan.

Als gevolg hiervan verzwakt de materiaalstructuur geleidelijk, wat leidt tot:

• Oppervlaktecorrosie
• Verminderde mechanische sterkte
• Verhoogde onderhoudsfrequentie
• Kortere levensduur van componenten

Testgegevens onder zwavelzuuromstandigheden toonden een significant verschil in corrosiesnelheid aan:

• SSiC: 1,8 mg/cm²·jaar
• RB-SiC: 55,0 mg/cm²·jaar

Dit verschil werd cruciaal bij langdurige continue bedrijfsvoering.

De installatie verving verschillende RB-SiC onderdelen door SSiC componenten, vervaardigd met een hoge densificatiecontrole.

Belangrijke materiaalkenmerken waren onder meer:

• Dichtheid ≥ 3,05 g/cm³
• Bijna nul open porositeit
• Geen vrije siliciumfase
• Buigsterkte ≥ 380 MPa
• Hoge-temperatuursterkte ≥ 420 MPa bij 1300°C

Omdat SSiC wordt geproduceerd door middel van hogetemperatuur drukloos sinteren (>2100°C), is de resulterende microstructuur chemisch stabieler in agressieve omgevingen.

Na de overstap naar SSiC componenten constateerde de fabriek verschillende verbeteringen:

• Verbeterde corrosiebestendigheid
  De afwezigheid van vrij silicium verminderde de zuuraanval aanzienlijk.
• Langere levensduur
  De intervallen voor het vervangen van componenten namen merkbaar toe.
• Stabielere bedrijfsvoering
  Dimensionale stabiliteit onder thermische en chemische belasting verbeterde.
• Verminderde onderhoudsonderbrekingen
  Lagere corrosiesnelheden leidden tot minder stilstand voor het vervangen van onderdelen.

Het belangrijkste verschil tussen de twee materialen ligt in de aanwezigheid van vrij silicium.

• RB-SiC bevat restsilicium dat is gevormd tijdens reactie-infiltratie.
• SSiC vormt een volledig gesinterde SiC-structuur zonder een secundaire siliciumfase.

In sterk corrosieve omgevingen, met name zuren, wordt de siliciumfase in RB-SiC het zwakke punt van het materiaal.

Dit maakt SSiC een geschiktere keuze voor:

• Apparatuur voor chemische verwerking
• Corrosiebestendige pompcomponenten
• Hoge-temperatuur zure omgevingen

Bij de keuze tussen SSiC en Reaction Bonded SiC speelt de operationele omgeving een cruciale rol.

Voor toepassingen met:

• Hoge temperatuur (>1200°C)
• Sterke zuren of corrosieve chemicaliën
• Eisen aan langdurige structurele stabiliteit

Biedt SSiC doorgaans betere prestaties op lange termijn.

RB-SiC blijft een haalbare oplossing voor toepassingen waar kostenefficiëntie prioriteit heeft en de operationele omgeving minder agressief is.