Uitdaging van de klant
Het Zwitserse instituut werd geconfronteerd met kritieke beperkingen met conventionele alumina- en grafietsaggers in hun ultra-hoge zuiverheid keramische sinterprocessen (1700°C+):
- Gevaren van besmetting: Alumina-saggers leachten alkalische ionen in keramische poeders, waardoor de zuiverheid van het materiaal voor luchtvaartcomponenten werd aangetast.
- Thermische schokproblemen: Grafietsaagers barsten na 50 thermische cycli, wat leidt tot monsterverlies in dure R&D-experimenten.
- Procesinefficiëntie: Door frequente vervangings- en reinigingscycli werden de projecttermijnen met 30% vertraagd.
Kernpijnpunten:
- Onvermogen om de zuiverheid van het materiaal te behouden bij hoogwaardige O&O.
- Korte levensduur in extreme thermische cycli.
- Hoge kosten van mislukte experimenten en stilstand.
Kegu-oplossing
Kegu ontwikkeldVoor keramische / lithiumbatterijen / metallurgische industrie met een vermogen van meer dan 10 W,
Technische innovaties
-
Een zuiverheidsoptimaliseerd ontwerp
- Materiële samenstelling: 99,9% zuiver SiC (inhoud van metaalverontreinigingen < 50 ppm), gecertificeerd door het Zwitserse Centrum voor Elektronik en Microtechnologie (CSEM).
- Oppervlakte afwerking: Gepolijst tot Ra ≤ 0,5 μm om de aanhechting van poeder tot een minimum te beperken en een gemakkelijke reiniging te garanderen.
-
Prestaties bij extreme omstandigheden
- Temperatuurbereik: Stabiel van kamertemperatuur tot1800°C, bestand tegen 1000+ thermische cycli (-20°C tot 1800°C) zonder scheuren.
- Corrosiebestendigheid: Niet beïnvloed door agressieve stromen (bv. Na2CO3, K2O) die worden gebruikt bij keramische synthese.
- Warmtegeleidbaarheid: 140 W/m·K, waardoor een gelijkmatige verwarming mogelijk is en de sintertijd met 20% wordt verkort.
-
Traceerbaarheid en kwaliteitscontrole
- Reinheid van de grondstof: SiC-poeder afkomstig van ultrazuivere kwartsdeposito's (ISO 14001-gecertificeerde mijnbouw).
- Productieproces: Vacuümsinteren bij 2200°C gedurende 20 uur onder argonatmosfeer om zuurstofgeïnduceerde defecten te elimineren.
- Testprotocol:
- XRF-analyse voor elementaire zuiverheid (uitgevoerd door SGS Zwitserland).
- Dyne-test voor oppervlakte-energie-compatibiliteit met keramische slurries.
Onderzoeks- en ontwikkelingssamenwerking
- Aangepaste prototyping: Gezamenlijk ontwikkelde mini-saggers van 50 mm3 voor experimenten op microschaal.
- Gegevensuitwisseling: Biedt realtime thermische beeldgegevens tijdens de sinterproeven van de klant.
- Opleidingssteun: Organiseerde een technische workshop over SiC-onderhoud voor het onderzoeksteam van de klant.
Uitkomst
-
Zuiverheid en procesverbeteringen
- Verontreiniging is geëlimineerd: uitloging van alkalische ionen verminderd van 1000 ppm tot < 50 ppm, overeenkomstig de normen voor lucht- en ruimtevaartmaterialen (bijv. ASTM F2924).
- Efficiëntie van het sinteren: De cyclustijd is verkort van 48 uur tot 38 uur, waardoor de O&O-doeltreffendheid wordt versneld.
-
Kosten en betrouwbaarheid
- Levensduur verlengd tot 1000+ cycli: 20x langer dan grafietsakers, waardoor de vervangingskosten met95%.
- Het falen van experimenten daalt met 85%: Consistente prestaties in thermische cyclus elimineerden monsterverlies.
-
Markteffect
- De nieuwe keramische composieten van de opdrachtgever (ontwikkeld met behulp van Kegu-saggers) wonnen de prijs voor deZwitserse Technologieprijs 2024voor lucht- en ruimtevaartinnovatie.
- Kegu stond op de lijst van voorkeurleveranciers in de gegevensbank van de opdrachtgever voor overheidsopdrachten voor hoogzuivere materialen.
Vergelijking van de belangrijkste gegevens
| Parameter | Kegu SiC Saggers | Traditionele aluminasaagers | Grafietsaagers |
|---|---|---|---|
| Maximale bedieningstemperatuur | 1800°C | 1600°C | 1500°C |
| Thermische cycli (tot storing) | 1000+ cycli | 50 cycli | 50 cycli |
| Alkaline ion uitloging | < 50 ppm | 1000+ ppm | N/A |
| Vermindering van de sintertijd | 20% |