โรงงานแปรรูปสารเคมีที่ดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดกำลังใช้ส่วนประกอบที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์แบบรีแอกชันบอนด์ (RB-SiC) สำหรับซีลปั๊มและชิ้นส่วนโครงสร้างที่ทนต่อการกัดกร่อน ระบบนี้สัมผัสกับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น (H₂SO₄) ที่อุณหภูมิสูงประมาณ 100°C

หลังจากดำเนินการไปหลายเดือน โรงงานสังเกตเห็นการเสื่อมประสิทธิภาพที่ค่อยเป็นค่อยไป รวมถึงการสึกกร่อนของพื้นผิวและการเปลี่ยนแปลงขนาดในส่วนประกอบ RB-SiC บางส่วน

เพื่อปรับปรุงอายุการใช้งานและความเสถียรในการปฏิบัติงาน ทีมวิศวกรรมได้ประเมินซิลิคอนคาร์ไบด์แบบซินเทอร์ไร้แรงดัน (SSiC) เป็นวัสดุทดแทน

การวิเคราะห์วัสดุแสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบ RB-SiC มีเฟสซิลิคอนอิสระประมาณ 10-15% ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดแก่ ซิลิคอนอิสระนี้สามารถเกิดการกัดกร่อนแบบเลือกได้

เป็นผลให้โครงสร้างวัสดุอ่อนแอลงเรื่อยๆ นำไปสู่:

• การกัดกร่อนพื้นผิว
• ความแข็งแรงเชิงกลลดลง
• ความถี่ในการบำรุงรักษาเพิ่มขึ้น
• อายุการใช้งานของส่วนประกอบสั้นลง

ข้อมูลการทดสอบภายใต้สภาวะกรดซัลฟิวริกแสดงให้เห็นความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในอัตราการกัดกร่อน:

• SSiC:1.8 มก./ซม.²·ปี
• RB-SiC:55.0 มก./ซม.²·ปี

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการปฏิบัติงานต่อเนื่องระยะยาว

โรงงานได้เปลี่ยนชิ้นส่วน RB-SiC หลายชิ้นด้วยส่วนประกอบ SSiC ที่ผลิตด้วยการควบคุมความหนาแน่นสูง

คุณสมบัติวัสดุหลัก ได้แก่:

• ความหนาแน่น ≥ 3.05 กรัม/ซม.³
• รูพรุนเปิดเกือบเป็นศูนย์
• ไม่มีเฟสซิลิคอนอิสระ
• ความแข็งแรงดัดงอ ≥ 380 MPa
• ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ≥ 420 MPa ที่ 1300°C

เนื่องจาก SSiC ผลิตผ่านการซินเทอร์ไร้แรงดันที่อุณหภูมิสูง (>2100°C) โครงสร้างจุลภาคที่ได้จึงมีความเสถียรทางเคมีมากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

หลังจากเปลี่ยนไปใช้ส่วนประกอบ SSiC โรงงานได้สังเกตเห็นการปรับปรุงหลายประการ:

• ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น
  การไม่มีซิลิคอนอิสระช่วยลดการกัดกร่อนของกรดได้อย่างมาก
• อายุการใช้งานยาวนานขึ้น
  ช่วงเวลาการเปลี่ยนส่วนประกอบเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
• การปฏิบัติงานที่เสถียรมากขึ้น
  ความเสถียรของมิติภายใต้ความเค้นจากความร้อนและสารเคมีดีขึ้น
• ลดเวลาหยุดทำงานเพื่อการบำรุงรักษา
  อัตราการกัดกร่อนที่ต่ำลงส่งผลให้ต้องหยุดการทำงานเพื่อเปลี่ยนชิ้นส่วนน้อยลง

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างวัสดุทั้งสองคือการมีอยู่ของซิลิคอนอิสระ

• RB-SiC มีซิลิคอนตกค้างที่เกิดขึ้นระหว่างการแทรกซึมของปฏิกิริยา
• SSiC สร้างโครงสร้าง SiC ที่ซินเทอร์สมบูรณ์โดยไม่มีเฟสซิลิคอนทุติยภูมิ

ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง โดยเฉพาะกรด เฟสซิลิคอนใน RB-SiC จะกลายเป็นจุดอ่อนของวัสดุ

ทำให้ SSiC เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมกว่าสำหรับ:

• อุปกรณ์แปรรูปสารเคมี
• ส่วนประกอบปั๊มที่ทนต่อการกัดกร่อน
• สภาพแวดล้อมที่เป็นกรดอุณหภูมิสูง

เมื่อเลือกระหว่าง SSiC และซิลิคอนคาร์ไบด์แบบรีแอกชันบอนด์ สภาพแวดล้อมการทำงานมีบทบาทสำคัญ

สำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับ:

• อุณหภูมิสูง (>1200°C)
• กรดแก่หรือสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
• ข้อกำหนดด้านความเสถียรของโครงสร้างระยะยาว

โดยทั่วไป SSiC ให้ประสิทธิภาพระยะยาวที่ดีกว่า

RB-SiC ยังคงเป็นโซลูชันที่ใช้งานได้สำหรับแอปพลิเคชันที่ให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพด้านต้นทุนและสภาพแวดล้อมการทำงานไม่รุนแรง