Когда речь заходит о керамике, многие в первую очередь думают о домашней посуде, декоративных вазах – хрупких и изящных предметах, казалось бы, не имеющих отношения к «промышленности» или «хардкору». Но есть вид керамики, который разрушает это устоявшееся впечатление. По твёрдости он уступает только алмазу, выдерживает высокие температуры, устойчив к коррозии, а также обладает изоляционными и токопроводящими свойствами, становясь универсальным материалом в промышленной сфере.керамика из карбида кремния.
От износостойкого оборудования в шахтах до силовых модулей в новых энергетических автомобилях, от термостойких компонентов в аэрокосмической отрасли до повседневных механических уплотнений — керамика на основе карбида кремния незаметно обеспечивает эффективную работу многих отраслей промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Сегодня давайте поговорим о том, чем же отличается эта «необыкновенная» керамика.
1. Твердый до предела: «носитель» в области износостойкости
Наиболее известным преимуществом керамики из карбида кремния является её сверхвысокая твёрдость и износостойкость. По твёрдости по шкале Мооса она уступает только самому твёрдому алмазу в природе, значительно превосходя обычную сталь, нержавеющую сталь и даже алюмооксидную керамику.
Эта «жесткая» характеристика делает его превосходным в ситуациях, когда требуется высокая износостойкость. Например, в горнодобывающей и металлургической промышленности оборудование для транспортировки пульпы и шлака (например, рабочие колеса шламовых насосов и облицовка трубопроводов) часто и долго подвергается воздействию твёрдых минеральных частиц, а обычные металлы быстро разрушаются и пропускают воду. Детали из карбидкремниевой керамики легко выдерживают такое «истирание» и имеют срок службы в несколько, а то и в десять раз превышающий срок службы металлических деталей, что значительно снижает частоту и стоимость замены оборудования.
Его можно встретить не только в промышленности, но и в повседневной жизни – например, в парах трения из карбида кремния в торцевых уплотнениях. Благодаря превосходной износостойкости он обеспечивает отсутствие утечек и низкие потери при высокоскоростном вращении, обеспечивая стабильную работу такого оборудования, как водяные насосы и компрессоры.
2. Превосходная «стойкость»: изоляция от высоких температур и коррозии
Помимо твердости, керамика из карбида кремния также обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам и коррозии, что позволяет ей «держаться на месте» во многих «жестких условиях».
Что касается высокой термостойкости, то даже при длительной эксплуатации при температуре 1350 °C не происходит размягчения или деформации. Эта характеристика делает его «любимцем» в аэрокосмической и военной промышленности, например, в качестве сопел ракетных двигателей, футеровки высокотемпературных печей и т. д. Он может непосредственно контактировать с высокотемпературным пламенем или расплавленным металлом, сохраняя при этом стабильность. В высокотемпературных производственных процессах, таких как промышленные печи и непрерывное литье, керамические детали из карбида кремния также могут заменять металлы, легко повреждаемые высокими температурами, продлевая срок службы оборудования.
С точки зрения коррозионной стойкости, керамика из карбида кремния обладает исключительно высокой химической стойкостью. Её трудно «разъедать» кислотами, щелочами, различными агрессивными газами и жидкостями. Поэтому в химической промышленности её часто используют для изготовления футеровки реакционных сосудов, трубопроводов и клапанов для транспортировки агрессивных сред; в области охраны окружающей среды её также можно встретить в оборудовании для очистки высококонцентрированных кислотно-щелочных сточных вод, гарантируя отсутствие коррозии и стабильную работу оборудования.
3. Универсальная «способность»: «Функциональный мастер», который может быть как жестким, так и гибким.
Если вы думаете, что керамика из карбида кремния только «твёрдая» и «долговечная», то вы её сильно недооцениваете. В зависимости от технологии обработки, она может выполнять множество функций, таких как электропроводность, изоляция и теплопроводность, что делает её функциональным материалом с широким спектром применения.
Проводимость и полупроводниковые свойства: при добавлении других элементов керамика из карбида кремния может преобразовываться из изоляторов в проводники и даже становиться полупроводниковыми материалами. Это позволяет продемонстрировать её потенциал в области электроники, например, при производстве силовых модулей для транспортных средств на новых источниках энергии и основных компонентов тяговых преобразователей высокоскоростных поездов. По сравнению с традиционными кремниевыми материалами, полупроводники из карбида кремния обладают более высокой проводимостью и меньшим энергопотреблением, что позволяет транспортным средствам на новых источниках энергии заряжаться быстрее и иметь больший запас хода, а также уменьшать габариты и повышать эффективность силового оборудования.
– Отличная теплопроводность: теплопроводность карбидкремниевой керамики значительно превышает теплопроводность обычной керамики и даже приближается к теплопроводности некоторых металлов. Это свойство делает её идеальным материалом для рассеивания тепла, например, в теплорассеивающих подложках светодиодных ламп и электронных микросхем. Керамика способна быстро отводить тепло, предотвращая повреждение оборудования из-за перегрева, а также увеличивая срок службы и стабильность работы.
4. Наконец: керамика на основе карбида кремния — «невидимая движущая сила» промышленной модернизации.
От «твёрдости и износостойкости» до «высокотемпературной коррозионной стойкости» и, наконец, «многофункциональности» – керамика из карбида кремния преобразила представления людей о традиционной керамике, предложив ряд превосходных свойств, став ключевым материалом, способствующим развитию высокотехнологичного производства, новой энергетики, энергосбережения и защиты окружающей среды. Она не так распространена, как металл, и не так легка, как пластик, но в промышленных условиях, требующих «преодоления трудностей», её «всемогущество» всегда становится ключевым фактором решения задач.
Благодаря постоянному развитию технологий себестоимость производства карбидкремниевой керамики постепенно снижается, а области её применения постоянно расширяются. В будущем как более эффективное новое энергетическое оборудование, так и более прочное промышленное оборудование могут стать мощнее благодаря использованию карбидкремниевой керамики. Этот «всемогущий материал», скрытый в промышленности, незаметно меняет наше производство и нашу жизнь.
Время публикации: 20 сентября 2025 г.