酸性環境で活動する化学加工施設では,反応結合シリコンカービッド (RB-SiC) で作られた部品をポンプシールと耐腐蝕構造部品に使用していました.システムは,濃縮硫酸 (H2SO4) に100°Cの高温で暴露された..

数ヶ月間稼働した後,表面侵食や特定のRB-SiC部品の次元変化を含む性能が徐々に低下した.

運用寿命と運用安定性を向上させるために,エンジニアチームは代替材料として圧力のないシリコンカービッド (SSiC) を評価した.

材料分析により,RB-SiCコンポーネントには約10~15%の自由シリコン相が含まれていることが示された.強い酸性環境では,この自由シリコンは選択的な腐食を経験することができる.

その結果,材料構造が徐々に弱まり,次のようなことが起こります.

• 表面腐食
• 機械的強度が低下する
• 保守の頻度が増加する
• 部品の寿命が短くなる

硫酸条件下での試験データでは,腐食速度の重要な差異が示されました.

• SSiC:1.8 mg/cm2·年
• RB-SiC:55.0 mg/cm2·年

この違いは長期継続的な運用において 極めて重要です

この施設では,多くのRB-SiC部品を高密度制御で製造されたSSiC部品に置き換えました.

主要な材料の特徴は以下の通りである.

• 密度 ≥3.05 g/cm3
• 0に近い開口孔隙度
• 自由シリコン相がない
• 折りたたみの強度 ≥ 380 MPa
• 高温強度 ≥420 MPa 1300°Cで

SSiCは高温の圧力なしのシンタリング (>2100°C) で生成されるため,その結果生じる微細構造は,攻撃的な環境では化学的に安定している.

SSiCコンポーネントに切り替えた後,工場はいくつかの改善を観察しました.

• 腐食耐性向上
  自由なシリコンがないことが 酸性攻撃を大幅に減少させた
• 寿命が長い
  コンポーネント交換間隔は著しく増加しました.
• より安定した動作
  熱や化学的ストレスの下での寸法安定性が向上した.
• 保守の停電時間を短縮する
  低腐食率により部品交換の停止が少なくなった.

この2つの材料の主要な違いは 自由なシリコンの存在にあります

• RB-SiCには,反応浸透時に形成された残留シリコンが含まれます.
• SSiCは,二次シリコン相なしで完全にシンターされたSiC構造を形成する.

強烈に腐食性のある環境,特に酸性環境では,RB-SiCのシリコン相は材料の弱点になります.

SSiC は以下のような用途に適しています.

• 化学加工設備
• 腐食耐性ポンプ部品
• 高温酸性環境

SSiCと反応結合SiCを選択する際には,操作環境が重要な役割を果たします.

適用対象は:

• 高温 (>1200°C)
• 強い酸や腐食性化学物質
• 長期的な構造的安定性要件

SSiCは通常,より良い長期的パフォーマンスを提供します

RB-SiCは,コスト効率が優先され,操作環境が攻撃的でないアプリケーションでは実行可能なソリューションです.