산성 환경에서 운영되는 화학 처리 시설에서는 펌프 씰 및 내식성 구조 부품에 반응 결합 탄화규소(RB-SiC)로 만든 부품을 사용하고 있었습니다. 이 시스템은 약 100°C의 고온에서 농축 황산(H₂SO₄)에 노출되었습니다.

몇 개월간의 작동 후, 공장에서는 특정 RB-SiC 부품의 표면 침식 및 치수 변화를 포함한 점진적인 성능 저하를 관찰했습니다.

수명 및 작동 안정성을 개선하기 위해 엔지니어링 팀은 압력 소결 탄화규소(SSiC)를 대체 재료로 평가했습니다.

재료 분석 결과 RB-SiC 부품에는 약 10-15%의 유리 규소상이 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 강산 환경에서 이 유리 규소는 선택적 부식될 수 있습니다.

결과적으로 재료 구조가 점차 약해져 다음과 같은 결과를 초래했습니다:

• 표면 부식
• 기계적 강도 감소
• 유지보수 빈도 증가
• 부품 수명 단축

황산 조건에서의 테스트 데이터는 부식 속도에서 상당한 차이를 보였습니다:

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

이 차이는 장기간 연속 작동에서 중요해졌습니다.

시설에서는 RB-SiC 부품 몇 개를 고밀도 제어 방식으로 제조된 SSiC 부품으로 교체했습니다.

주요 재료 특성은 다음과 같습니다:

• 밀도 ≥ 3.05 g/cm³
• 거의 제로에 가까운 개방 기공률
• 유리 규소상 없음
• 굽힘 강도 ≥ 380 MPa
• 고온 강도 ≥ 420 MPa (1300°C)

SSiC는 고온 압력 소결(>2100°C)을 통해 생산되므로, 결과적인 미세 구조는 공격적인 환경에서 화학적으로 더 안정적입니다.

SSiC 부품으로 전환한 후, 공장에서는 몇 가지 개선 사항을 관찰했습니다:

• 향상된 내식성
  유리 규소의 부재로 산 공격이 크게 줄었습니다.
• 수명 연장
  부품 교체 간격이 눈에 띄게 증가했습니다.
• 더 안정적인 작동
  열 및 화학적 스트레스 하에서의 치수 안정성이 향상되었습니다.
• 유지보수 다운타임 감소
  부식 속도 감소로 부품 교체를 위한 가동 중단 횟수가 줄었습니다.

두 재료의 주요 차이점은 유리 규소의 존재 여부입니다.

• RB-SiC는 반응 침투 중에 형성된 잔류 규소를 포함합니다.
• SSiC는 2차 규소상 없이 완전히 소결된 SiC 구조를 형성합니다.

강한 부식 환경, 특히 산에서는 RB-SiC의 규소상이 재료의 약점이 됩니다.

이로 인해 SSiC는 다음과 같은 용도에 더 적합합니다:

• 화학 처리 장비
• 내식성 펌프 부품
• 고온 산성 환경

SSiC와 반응 결합 탄화규소(RB-SiC) 중에서 선택할 때, 작동 환경은 중요한 역할을 합니다.

다음과 같은 응용 분야의 경우:

• 고온 (>1200°C)
• 강산 또는 부식성 화학 물질
• 장기적인 구조적 안정성 요구 사항

SSiC는 일반적으로 더 나은 장기 성능을 제공합니다.

RB-SiC는 비용 효율성이 우선시되고 작동 환경이 덜 공격적인 응용 분야에서 유효한 솔루션으로 남아 있습니다.