Un impianto di trasformazione chimica che operava in un ambiente acido utilizzava componenti realizzati in carburo di silicio legato per reazione (RB-SiC) per sigilli di pompe e parti strutturali resistenti alla corrosione.Il sistema è stato esposto ad acido solforico concentrato (H2SO4) a temperature elevate intorno a 100°C.

Dopo diversi mesi di funzionamento, l'impianto ha osservato un graduale degrado delle prestazioni, compresa l'erosione superficiale e cambiamenti dimensionali di alcuni componenti RB-SiC.

Per migliorare la durata di servizio e la stabilità operativa, il team di ingegneri ha valutato il carburo di silicio sinterizzato senza pressione (SSiC) come materiale alternativo.

L'analisi dei materiali ha mostrato che i componenti RB-SiC contenevano circa il 10 ∼15% di silicio libero in fase.

Di conseguenza, la struttura del materiale si indebolisce gradualmente, portando a:

• Corrosione superficiale
• Risistenza meccanica ridotta
• Maggiore frequenza della manutenzione
• Durata di vita dei componenti più breve

I dati ottenuti in condizioni di acido solforico hanno mostrato una differenza significativa nel tasso di corrosione:

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

Questa differenza è diventata critica nel funzionamento continuo a lungo termine.

L'impianto ha sostituito diverse parti RB-SiC con componenti SSiC fabbricate con un elevato controllo della densificazione.

Le caratteristiche principali del materiale includono:

• Densità ≥ 3,05 g/cm3
• Porosità aperta quasi zero
• Nessuna fase di silicio libero
• Resistenza alla flessione ≥ 380 MPa
• Resistenza ad alte temperature ≥ 420 MPa a 1300°C

Poiché il SSiC è prodotto mediante sinterizzazione senza pressione ad alta temperatura (> 2100°C), la microstruttura risultante è più chimicamente stabile in ambienti aggressivi.

Dopo il passaggio ai componenti SSiC, l'impianto ha osservato diversi miglioramenti:

• Maggiore resistenza alla corrosione
  L'assenza di silicio libero ha ridotto significativamente l'attacco acido.
• Vita di servizio più lunga
  Gli intervalli di sostituzione dei componenti sono notevolmente aumentati.
• Funzionamento più stabile
  Stabilità dimensionale sotto stress termico e chimico migliorata.
• Riduzione dei tempi di fermo di manutenzione
  I tassi di corrosione più bassi hanno portato a meno interruzioni per la sostituzione di parti.

La differenza fondamentale tra i due materiali risiede nella presenza di silicio libero.

• RB-SiC contiene silicio residuo formato durante l'infiltrazione della reazione.
• L'SSiC forma una struttura SiC completamente sinterizzata senza una fase di silicio secondaria.

In ambienti fortemente corrosivi, in particolare acidi, la fase di silicio in RB-SiC diventa il punto debole del materiale.

Questo rende il SSiC una scelta più adatta per:

• Attrezzature per la lavorazione chimica
• Componenti di pompe resistenti alla corrosione
• Ambienti acidi ad alta temperatura

Quando si sceglie tra SSiC e SiC con legame di reazione, l'ambiente operativo svolge un ruolo fondamentale.

Per applicazioni che coinvolgono:

• Temperatura elevata (> 1200°C)
• Acidi forti o sostanze chimiche corrosive
• Requisiti di stabilità strutturale a lungo termine

La SSiC fornisce in genere prestazioni migliori a lungo termine.

Il RB-SiC rimane una soluzione praticabile per le applicazioni in cui l'efficienza dei costi è una priorità e l'ambiente operativo è meno aggressivo.