Μια μονάδα επεξεργασίας χημικών προϊόντων που λειτουργεί σε όξινο περιβάλλον χρησιμοποιούσε συστατικά κατασκευασμένα από αντηλιακό καρβίδιο πυριτίου (RB-SiC) για σφραγίδες αντλιών και δομικά μέρη ανθεκτικά στη διάβρωση.Το σύστημα εκτέθηκε σε συμπυκνωμένο θειικό οξύ (H2SO4) σε αυξημένες θερμοκρασίες γύρω στους 100 °C.

Μετά από αρκετούς μήνες λειτουργίας, το εργοστάσιο παρατήρησε σταδιακή υποβάθμιση των επιδόσεων, συμπεριλαμβανομένης της διάβρωσης της επιφάνειας και αλλαγών διαστάσεων σε ορισμένα συστατικά του RB-SiC.

Για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής και της λειτουργικής σταθερότητας, η ομάδα μηχανικών αξιολόγησε το άνευ πίεσης συντηρημένο καρβίδιο του πυριτίου (SSiC) ως εναλλακτικό υλικό.

Η ανάλυση υλικών έδειξε ότι τα συστατικά του RB-SiC περιείχαν περίπου 10~15% ελεύθερη φάση πυριτίου.

Ως αποτέλεσμα, η δομή του υλικού εξασθενεί σταδιακά, οδηγώντας σε:

• Η διάβρωση της επιφάνειας
• Μειωμένη μηχανική αντοχή
• Αυξημένη συχνότητα συντήρησης
• Λιγότερη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων

Τα δεδομένα δοκιμών υπό συνθήκες θειικού οξέος έδειξαν σημαντική διαφορά στο ποσοστό διάβρωσης:

• ΣΣΙΚ:10,8 mg/cm2·έτος
• RB-SiC:550,0 mg/cm2·έτος

Η διαφορά αυτή έγινε κρίσιμη σε μακροχρόνια συνεχή λειτουργία.

Η εγκατάσταση αντικατέστησε πολλά μέρη RB-SiC με συστατικά SSiC που κατασκευάστηκαν με υψηλό έλεγχο πυκνώσεως.

Τα βασικά χαρακτηριστικά υλικού περιλαμβάνουν:

• Πυκνότητα ≥ 3,05 g/cm3
• Σχεδόν μηδενική ανοικτή πορώσεια
• Χωρίς ελεύθερη φάση πυριτίου
• Δυνατότητα κάμψης ≥ 380 MPa
• Δυνατότητα σε υψηλές θερμοκρασίες ≥ 420 MPa σε 1300°C

Επειδή το SSiC παράγεται μέσω ασύρματος χωρίς πίεση υψηλής θερμοκρασίας (> 2100 °C), η μικροδομή που προκύπτει είναι πιο χημικά σταθερή σε επιθετικά περιβάλλοντα.

Μετά τη μετάβαση στα συστατικά SSiC, το εργοστάσιο παρατηρεί αρκετές βελτιώσεις:

• Βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση
  Η απουσία ελεύθερου πυριτίου μείωσε σημαντικά την οξύτητα.
• Περισσότερη διάρκεια ζωής
  Τα διαστήματα αντικατάστασης των συστατικών αυξήθηκαν αισθητά.
• Περισσότερη σταθερότητα λειτουργίας
  Βελτιώθηκε η σταθερότητα διαστάσεων υπό θερμική και χημική πίεση.
• Μειωμένος χρόνος στάσης συντήρησης
  Τα χαμηλότερα ποσοστά διάβρωσης οδήγησαν σε λιγότερες διακοπές για την αντικατάσταση εξαρτημάτων.

Η βασική διαφορά μεταξύ των δύο υλικών βρίσκεται στην παρουσία ελεύθερου πυριτίου.

• Το RB-SiC περιέχει υπολειμματικό πυρίτιο που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της διείσδυσης της αντίδρασης.
• Το SSiC σχηματίζει μια πλήρως συγκολλημένη δομή SiC χωρίς δευτερογενή φάση πυριτίου.

Σε πολύ διαβρωτικά περιβάλλοντα, ειδικά σε οξέα, η φάση του πυριτίου στο RB-SiC γίνεται το αδύναμο σημείο του υλικού.

Αυτό καθιστά το SSiC πιο κατάλληλο για:

• Εξοπλισμός χημικής επεξεργασίας
• Συσκευές ανθεκτικών στη διάβρωση αντλιών
• Υψηλής θερμοκρασίας οξέα περιβάλλοντα

Κατά την επιλογή μεταξύ SSiC και Reaction Bonded SiC, το περιβάλλον λειτουργίας παίζει κρίσιμο ρόλο.

Για εφαρμογές που αφορούν:

• Υψηλή θερμοκρασία (> 1200°C)
• Δυνατά οξέα ή διαβρωτικά χημικά
• Απαιτήσεις μακροπρόθεσμης διαρθρωτικής σταθερότητας

Το SSiC παρέχει συνήθως καλύτερη μακροπρόθεσμη απόδοση.

Το RB-SiC παραμένει μια βιώσιμη λύση για εφαρμογές όπου η αποδοτικότητα κόστους είναι προτεραιότητα και το λειτουργικό περιβάλλον είναι λιγότερο επιθετικό.