Rolowanie dysków ceramicznych z węglanu krzemowego do pieców o wysokiej temperaturze

Ceramika krzemionkowa (ceramika SiO₂) to wysokowydajne materiały ceramiczne, które składają się głównie z dwutlenku krzemu. Wykazują doskonałą odporność na wysokie temperatury, niską rozszerzalność cieplną, doskonałe właściwości dielektryczne i stabilność chemiczną, co sprawia, że są szeroko stosowane w elektronice, lotnictwie, inżynierii chemicznej i innych zaawansowanych gałęziach przemysłu.

• Odporność na wysokie temperatury: Ceramika krzemionkowa ma temperaturę topnienia do 1713°C (forma krystaliczna) i może działać stabilnie poniżej 1600°C, co czyni ją idealną do zastosowań w wysokich temperaturach.
• Niska rozszerzalność cieplna (~0.5×10⁻⁶/°C), zapewniająca wyjątkową odporność na szok termiczny w środowiskach z szybkimi wahaniami temperatury.
• Doskonałe właściwości dielektryczne, z niskimi stratami dielektrycznymi przy wysokich częstotliwościach, co sprawia, że nadają się do okien mikrofalowych i podłoży elektronicznych.
• Obecność chemiczna, odporna na kwasy (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego) i zasady, idealna do wykładzin reaktorów chemicznych.
• Wysoka twardość (twardość w skali Mohsa 7), choć z natury krucha, często wymaga wzmocnienia lub modyfikacji utwardzających w celu poprawy wytrzymałości mechanicznej.

Produkcja ceramiki krzemionkowej obejmuje głównie przetwarzanie proszku i spiekanie w wysokiej temperaturze:

• Surowce: Proszek kwarcowy o wysokiej czystości (krzemionka stapiana) lub chemicznie zsyntetyzowany proszek nano-SiO₂.
• Techniki formowania: Do formowania można stosować prasowanie na sucho, odlewanie zawiesinowe, odlewanie żelowe lub druk 3D.
• Metody spiekania:
  • Spiekanie bezciśnieniowe: Ekonomiczne, ale zwykle wymaga dodatków do spiekania (np. Al₂O₃, MgO) w celu zwiększenia zagęszczenia.
  • Spiekanie na gorąco: Łączy wysoką temperaturę i ciśnienie, aby uzyskać ceramikę o wysokiej gęstości i doskonałych właściwościach mechanicznych.
  • Spiekanie reakcyjne: Proszek krzemowy jest formowany, a następnie utleniany, odpowiedni do elementów o złożonych kształtach.

• Elektronika: Podłoża obwodów wysokiej częstotliwości, elementy izolacyjne.
• Lotnictwo: Materiały osłon radarowych, wysokotemperaturowe konstrukcje przepuszczające fale.
• Wyposażenie chemiczne: Odporne na korozję wykładziny reaktorów, elementy rurociągów.
• Urządzenia optyczne: Okna przepuszczające UV, elementy laserowe.

Dzięki unikalnemu połączeniu właściwości, ceramika krzemionkowa odgrywa kluczową rolę w zaawansowanych zastosowaniach przemysłowych. Oczekuje się, że przyszłe postępy w technikach produkcji (np. wzmocnienie nanokompozytami, modyfikacje utwardzające) jeszcze bardziej rozszerzą ich potencjalne zastosowania.