Zakład przetwórstwa chemicznego działający w środowisku kwaśnym wykorzystywał komponenty wykonane z węglika krzemu spiekanego reakcyjnie (RB-SiC) do uszczelnień pomp i części konstrukcyjnych odpornych na korozję. System był narażony na stężony kwas siarkowy (H₂SO₄) w podwyższonych temperaturach około 100°C.

Po kilku miesiącach eksploatacji zakład zaobserwował stopniowe pogorszenie wydajności, w tym erozję powierzchni i zmiany wymiarowe w niektórych komponentach RB-SiC.

Aby poprawić żywotność i stabilność operacyjną, zespół inżynierów ocenił węglik krzemu spiekanego bezciśnieniowo (SSiC) jako materiał alternatywny.

Analiza materiałowa wykazała, że komponenty RB-SiC zawierały około 10-15% wolnej fazy krzemowej. W silnie kwaśnych środowiskach ten wolny krzem może ulegać selektywnej korozji.

W rezultacie struktura materiału stopniowo się osłabia, prowadząc do:

• Korozji powierzchniowej
• Zmniejszonej wytrzymałości mechanicznej
• Zwiększonej częstotliwości konserwacji
• Krótszej żywotności komponentów

Dane z testów w warunkach kwasu siarkowego wykazały znaczącą różnicę w szybkości korozji:

• SSiC: 1,8 mg/cm²·rok
• RB-SiC: 55,0 mg/cm²·rok

Ta różnica stała się krytyczna w długoterminowej ciągłej eksploatacji.

Zakład wymienił kilka części RB-SiC na komponenty SSiC wyprodukowane z wysoką kontrolą zagęszczenia.

Kluczowe cechy materiału obejmowały:

• Gęstość ≥ 3,05 g/cm³
• Prawie zerowa porowatość otwarta
• Brak wolnej fazy krzemowej
• Wytrzymałość na zginanie ≥ 380 MPa
• Wytrzymałość w wysokiej temperaturze ≥ 420 MPa w temperaturze 1300°C

Ponieważ SSiC jest produkowany poprzez spiekanie bezciśnieniowe w wysokiej temperaturze (>2100°C), uzyskana mikrostruktura jest bardziej stabilna chemicznie w agresywnych środowiskach.

Po przejściu na komponenty SSiC zakład zaobserwował szereg usprawnień:

• Poprawiona odporność na korozję
  Brak wolnego krzemu znacznie zmniejszył atak kwasu.
• Dłuższa żywotność
  Interwały wymiany komponentów zauważalnie się wydłużyły.
• Bardziej stabilna praca
  Poprawiła się stabilność wymiarowa pod wpływem naprężeń termicznych i chemicznych.
• Zmniejszony czas przestojów konserwacyjnych
  Niższe wskaźniki korozji doprowadziły do mniejszej liczby przestojów na wymianę części.

Kluczowa różnica między tymi dwoma materiałami polega na obecności wolnego krzemu.

• RB-SiC zawiera resztkowy krzem powstały podczas infiltracji reakcyjnej.
• SSiC tworzy w pełni spiekana strukturę SiC bez wtórnej fazy krzemowej.

W silnie korozyjnych środowiskach, zwłaszcza kwasach, faza krzemowa w RB-SiC staje się słabym punktem materiału.

To sprawia, że SSiC jest bardziej odpowiednim wyborem dla:

• Urządzeń do przetwórstwa chemicznego
• Komponentów pomp odpornych na korozję
• Środowisk kwaśnych w wysokich temperaturach

Przy wyborze między SSiC a węglikiem krzemu spiekanym reakcyjnie (RB-SiC), środowisko pracy odgrywa kluczową rolę.

W zastosowaniach obejmujących:

• Wysoką temperaturę (>1200°C)
• Silne kwasy lub agresywne chemikalia
• Wymagania dotyczące długoterminowej stabilności strukturalnej

SSiC zazwyczaj zapewnia lepszą długoterminową wydajność.

RB-SiC pozostaje wykonalnym rozwiązaniem w zastosowaniach, gdzie priorytetem jest efektywność kosztowa, a środowisko pracy jest mniej agresywne.