На химическом перерабатывающем заводе, работающем в кислой среде, для уплотнений насосов и коррозионно-устойчивых структурных частей использовались компоненты, изготовленные из карбида кремния (RB-SiC).Система подвергалась воздействию концентрированной серной кислоты (H2SO4) при повышенной температуре около 100 °C.

После нескольких месяцев эксплуатации установка наблюдала постепенное снижение производительности, включая эрозию поверхности и изменения измерений некоторых компонентов RB-SiC.

Чтобы улучшить срок службы и операционную стабильность, инженерная группа оценила Силиконовый карбид без давления (SSiC) в качестве альтернативного материала.

Анализ материалов показал, что компоненты RB-SiC содержали примерно 10−15% свободной кремниевой фазы.

В результате структура материала постепенно ослабевает, что приводит к:

• Коррозия поверхности
• Сниженная механическая прочность
• Увеличение частоты обслуживания
• Более короткий срок службы

Данные испытаний в условиях серной кислоты показали значительную разницу в скорости коррозии:

• SSiC:10,8 мг/см2·год
• RB-SiC:550,0 мг/см2·год

Эта разница становится критической при длительной непрерывной работе.

На заводе несколько деталей RB-SiC были заменены на SSiC-компоненты, изготовленные с высоким контролем уплотнения.

Ключевые характеристики материала включают:

• Плотность ≥ 3,05 г/см3
• Почти нулевая открытая пористость
• Нет свободной кремниевой фазы
• Прочность на изгиб ≥ 380 МПа
• Высокотемпературная прочность ≥ 420 МПа при 1300°C

Поскольку SSiC производится путем высокотемпературного бесдавкового спекания (> 2100 °C), полученная микроструктура более химически стабильна в агрессивной среде.

После перехода на компоненты SSiC завод наблюдал несколько улучшений:

• Улучшенная коррозионная стойкость
  Отсутствие свободного кремния значительно уменьшило кислотное нападение.
• Более длительный срок службы
  Интервалы замены компонентов заметно увеличились.
• Более стабильная работа
  Улучшена размерная стабильность при тепловых и химических нагрузках.
• Сокращение времени простоя технического обслуживания
  Более низкие показатели коррозии привели к меньшему количеству отключений для замены деталей.

Основное различие между этими двумя материалами заключается в наличии свободного кремния.

• RB-SiC содержит остаточный кремний, образованный во время инфильтрации реакции.
• SSiC образует полностью синтерированную структуру SiC без вторичной кремниевой фазы.

В сильно коррозионных средах, особенно кислотах, кремниевая фаза в RB-SiC становится слабой точкой материала.

Это делает SSiC более подходящим выбором для:

• Оборудование для химической обработки
• Коррозионностойкие компоненты насосов
• Кислотные среды высокой температуры

При выборе между SSiC и реакционно связанным SiC операционная среда играет решающую роль.

Для применений, связанных с:

• Высокая температура (>1200°C)
• Сильные кислоты или коррозионные химикаты
• Долгосрочные требования к структурной стабильности

SSiC обычно обеспечивает лучшие долгосрочные результаты.

RB-SiC остается жизнеспособным решением для приложений, где эффективность затрат является приоритетом, а рабочая среда менее агрессивна.