In einer in einer sauren Umgebung betriebenen chemischen Verarbeitungsanlage wurden Komponenten aus Reaktionsgebundenem Siliziumkarbid (RB-SiC) für Pumpendichtungen und korrosionsbeständige Bauteile verwendet.Das System wurde konzentrierter Schwefelsäure (H2SO4) bei erhöhten Temperaturen von etwa 100 °C ausgesetzt..

Nach mehreren Betriebsmonaten zeigte sich bei der Anlage eine allmähliche Verschlechterung der Leistung, einschließlich Oberflächenerosion und Dimensionsänderungen bei bestimmten RB-SiC-Komponenten.

Um die Lebensdauer und die Betriebstabilität zu verbessern, bewertete das Ingenieurteam Druckloses Sintertes Siliziumkarbid (SSiC) als alternatives Material.

Die Materialanalyse ergab, dass die RB-SiC-Komponenten etwa 10~15% freies Silizium enthalten.

Als Ergebnis schwächt sich die Materialstruktur allmählich ab, was zu folgenden Folgen führt:

• Oberflächenkorrosion
• Verringerte mechanische Festigkeit
• Erhöhte Wartungsfrequenz
• Kürzere Lebensdauer der Bauteile

Die Prüfdaten unter Schwefelsäure zeigten einen signifikanten Unterschied in der Korrosionsgeschwindigkeit:

• SSiC:10,8 mg/cm2·Jahr
• RB-SiC:550,0 mg/cm2·Jahr

Dieser Unterschied wurde für den langfristigen Dauerbetrieb kritisch.

Die Anlage ersetzte mehrere RB-SiC-Teile durch SSiC-Komponenten, die mit hoher Verdichtungskontrolle hergestellt wurden.

Zu den wichtigsten Materialmerkmalen gehören:

• Dichte ≥ 3,05 g/cm3
• Nähe von Null offener Porosität
• Keine freie Siliziumphase
• Beugfestigkeit ≥ 380 MPa
• Hochtemperaturfestigkeit ≥ 420 MPa bei 1300°C

Da SSiC durch hochtemperatures druckloses Sintern (> 2100°C) hergestellt wird, ist die resultierende Mikrostruktur chemisch stabiler in aggressiven Umgebungen.

Nach der Umstellung auf SSiC-Komponenten wurde in der Anlage mehrere Verbesserungen festgestellt:

• Verbesserte Korrosionsbeständigkeit
  Das Fehlen von freiem Silizium reduzierte den Säureangriff deutlich.
• Längere Lebensdauer
  Die Intervalle für den Ersatz von Komponenten erhöhten sich merklich.
• Stabiler Betrieb
  Die Dimensionsstabilität unter thermischer und chemischer Belastung verbessert.
• Verkürzte Unterhaltszeit
  Eine geringere Korrosionsrate führte zu weniger Abschaltungen für den Ersatz von Teilen.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Materialien liegt im Vorhandensein von freiem Silizium.

• RB-SiC enthält während der Reaktionsinfiltration gebildetes Rückstandsilizium.
• SSiC bildet eine voll gesinterte SiC-Struktur ohne eine sekundäre Siliziumphase.

In stark ätzenden Umgebungen, insbesondere Säuren, wird die Siliziumphase in RB-SiC zum schwachen Punkt des Materials.

Dies macht SSiC zu einer geeigneteren Wahl für:

• Ausrüstung für die chemische Verarbeitung
• Korrosionsbeständige Pumpenkomponenten
• Hochtemperatursäure Umgebungen

Bei der Wahl zwischen SSiC und Reaktionsgebundenem SiC spielt die Betriebsumgebung eine entscheidende Rolle.

Für Anwendungen, die Folgendes betreffen:

• Hohe Temperatur (> 1200°C)
• starke Säuren oder ätzende Chemikalien
• Langfristige Anforderungen an die strukturelle Stabilität

SSiC bietet in der Regel eine bessere langfristige Leistung.

RB-SiC bleibt eine praktikable Lösung für Anwendungen, bei denen die Kosteneffizienz eine Priorität hat und die Betriebsumgebung weniger aggressiv ist.