Hallo, ich bin Jake, technischer Leiter bei einem der führenden Siliziumkarbid-Lieferanten, denen die Leute für leistungsstarke Industriematerialien vertrauen. Wenn Kunden fragen: „Was ist das Problem an der Verschleißfestigkeit von 90 % Siliziumkarbid?“ Ich verstehe – die meisten Materialien versprechen eine langanhaltende Leistung, aber nicht viele unterstützen das so sehr. Nachdem ich jahrelang mit dieser Verbindung gearbeitet und sie in allen Bereichen getestet habe, von Bergbauteilen bis hin zu Pumpenauskleidungen, erkläre ich nun genau, was die Verschleißfestigkeit von 90 % SiC auszeichnet, direkt vom Labor bis zum Feld.
Lassen Sie uns zunächst kurz die Grundlagen klären, nur um die Bühne zu bereiten: Siliziumkarbid wird von älteren Branchenkennern oft als „Karborund“ bezeichnet, oder? Es handelt sich um dieses superharte, keramikähnliche Material, das es schon seit Jahrzehnten gibt, aber erst seit Kurzem ist es die erste Wahl für Anwendungen mit hohem Verschleiß. Konkret bedeutet 90 % Siliziumkarbid, dass es eine hohe Dichte an SiC-Körnern aufweist (die anderen 10 % sind größtenteils ein Bindematerial, das alles zusammenhält, ohne es spröde zu machen). Wenn Sie tiefer in die Herkunft des Namens Carborundum eintauchen möchten, finden Sie hier eine kurze Zeitleiste von [Siliziumkarbid, auch bekannt als „Carborundum“], die weitaus interessanter ist als eine lustige Tatsache aus dem Lehrbucheintrag: Tatsächlich wurde es durch Zufall erfunden, als Wissenschaftler im 19. Jahrhundert versuchten, Diamanten herzustellen.
Bei der Verschleißfestigkeit geht es nun um zwei große Dinge: Härte (wie widerstandsfähig etwas gegen Kratzer oder Einkerbungen ist) und Zähigkeit (wie gut es nicht reißt, wenn dieser Kratzer oder Stoß auftritt). 90 % SiC nagelt beides, viel besser als beispielsweise Standardstahl oder sogar minderwertige Keramikverbundwerkstoffe. Beginnen wir mit dem Fundament: seiner Kornstruktur. Dabei spielt die Größe der SiC-Partikel in Ihrem Material eine große Rolle. Wenn die Körner zu groß sind, ist es wahrscheinlicher, dass sie abplatzen, wenn sie an einer anderen harten Oberfläche reiben; zu klein, und sie greifen nicht so gut ineinander, um Abrieb zu widerstehen. Unser Standard-Siliziumkarbid mit 90 % Siliziumkarbid verwendet Partikelgrößen, die auf Ausgewogenheit abgestimmt sind. Die genauen Spezifikationen finden Sie hier unter [Siliziumkarbid-Partikelgröße 0-10.html]. Dort passen wir die Sortierung an alles an, von Feinbearbeitungsteilen bis hin zu Hochleistungs-Bergbaugeräten.
Warten Sie, lassen Sie uns näher darauf eingehen, was „Abnutzung“ hier eigentlich bedeutet, denn nicht alle Abnutzungserscheinungen sind gleich Abnutzungserscheinungen. Es gibt abrasiven Verschleiß (wenn kleine Partikel Ihr Teil zerkratzen und abkratzen), adhäsiven Verschleiß (wenn zwei Oberflächen aneinander kleben und Material abreißen) und schlagartigen Verschleiß (wenn eine schwere Last wiederholt auf Ihr Teil trifft). 90 % SiC zerstören alle drei, und hier erfahren Sie, warum das für den realen Einsatz wichtig ist. Abrasiver Verschleiß ist das häufigste Problem für Industrieteile – man denke an Förderbänder, die Kies bewegen, Pumpen, die Sandschlämme bewegen, oder sogar Ventilkomponenten in Öl- und Gasbetrieben, die mit Gesteinsfragmenten umgehen. 90 % SiC haben eine Vickers-Härte von etwa 2.500–2.800 GPa, was fast dreimal härter ist als Kohlenstoffstahl (der bei etwa 800 GPa liegt). Das heißt, wenn ein kleiner Stein oder ein Mineralpartikel auf ein 90 % SiC-Teil trifft, ist die Wahrscheinlichkeit, dass es einen Kratzer hinterlässt, weitaus geringer, als wenn es auf eine Stahlauskleidung trifft. Wir hatten einen Kunden aus der Bergbauindustrie, der seine Pumpenlaufräder aus Stahl gegen unsere 90 % SiC-Laufräder ausgetauscht hat, und er hat die Austauschkosten in 18 Monaten um 70 % gesenkt. Das ist keine Zahl, die ich einfach aus dem Nichts gezogen habe – wir verfolgen diese Dinge genau, und die Geschichte dieses Kunden wiederholt sich auch bei Teilen, die in der Zementverarbeitung verwendet werden.
Adhäsiver Verschleiß ist ein weiterer Faktor, der billigere Materialien zum Stolpern bringt. Wenn zwei Metalloberflächen unter Druck aneinander reiben, können winzige Metallpartikel von einem Teil zum anderen gelangen und zum Festfressen oder allmählichen Ausfall führen. Keramische Materialien sind hier meist besser, weil sie niedrige Reibungskoeffizienten haben, aber nicht alle Keramiken sind gleich. Auch die geringe Wärmeausdehnung von 90 % Siliziumkarbid hilft – wenn Teile heiß werden (was in Umgebungen mit hohem Verschleiß häufig vorkommt), dehnen sie sich nicht so stark aus wie Metall, sodass der Spalt zwischen den Komponenten konstant bleibt und die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass Oberflächen aneinander kleben. Manche Leute verwechseln 90 %iges SiC mit anderen Siliziumkarbidsorten. Wenn Sie also neugierig auf den Unterschied zwischen kohlenstoffverstärktem SiC und unserer Standardversion mit 90 % sind, erfahren Sie in [Carbon Silicon Carbide], wie unsere Bindemittel keine Kompromisse bei der Verschleißfestigkeit eingehen und gleichzeitig das Material steif halten.
Beim Schlagverschleiß kommt es bei vielen Keramikwerkstoffen zu Problemen – sie sind sehr hart, aber spröde, sodass ein starker Schlag das gesamte Teil zerbrechen kann. Aus diesem Grund ist 90 % SiC so ein Sweet Spot: Die 10 % Bindungsphase (normalerweise eine Mischung aus Silizium und Kohlenstoff oder ein Keramikbinder) wirkt wie ein „Stoßdämpfer“ für diese Stöße. Wir testen dies ständig in unserem Labor – wir lassen 1-kg-Stahlkugeln aus 2 Metern Höhe auf Testproben fallen, und unsere 90 % SiC-Teile weisen kaum Oberflächenspuren auf, während SiC-Teile mit geringerer Körnung oder reine Keramikteile oft reißen oder abplatzen. Ein Kunde in der Bauindustrie nutzte unsere 90 % SiC-Verschleißplatten für die Zufuhrrutschen seiner Brecher und teilte uns mit, dass er die Platten nicht mehr alle zwei Wochen, sondern alle sechs Monate austauschen würde. Das ist der Unterschied zwischen einem Material, das den täglichen Belastungen standhält, und einem Material, das das nicht kann.
Aber Moment, es kommt nicht nur auf die Zusammensetzung an, sondern auch darauf, wie man 90 % Siliziumkarbid bearbeitet, oder? Wenn Sie es nicht richtig bearbeiten, können kleine Oberflächenfehler entstehen, die zu Verschleißstellen werden und zu einem schnelleren Ausfall führen. Unser Team hat Jahre damit verbracht, unsere Bearbeitungsprozesse zu verfeinern, und [Silicon Carbide Machining] zeigt auf, wie wir Diamantwerkzeuge und Präzisionsschleifen einsetzen, um eine glatte, fehlerfreie Oberfläche zu erhalten, die die Verschleißfestigkeit des Materials erhöht. Beispielsweise fängt eine raue Oberfläche mit winzigen Rissen abrasive Partikel ein und verschleißt viel schneller als eine polierte, glatte Oberfläche. Beim Bearbeitungsschritt geht es also nicht nur darum, sie passend zu machen, sondern darum, sie langlebig zu machen.
Lassen Sie uns nun über reale Anwendungen sprechen, denn dort zeigt sich die Verschleißfestigkeit tatsächlich. Wir verkaufen eine Tonne 90 %iges SiC für Pumpenauskleidungen, insbesondere für den Bergbau und die Abwasseraufbereitung, wo ständig Schlämme voller Sand, Schlick und Chemikalien anfallen. Wir liefern auch Verschleißplatten für Planierraupenschaufeln und Baggerschaufeln und sogar Teile für Windturbinenkomponenten, die mit vom Wind aufgewirbeltem Staub zurechtkommen. Eine häufig gestellte Frage lautet: „Ist 90 % SiC den Mehrpreis im Vergleich zu Stahl wert?“ Lassen Sie uns schnell rechnen: Stahllaufräder kosten möglicherweise 200 US-Dollar pro Stück und halten 6 Monate, während unsere 90 % SiC-Laufräder 500 US-Dollar pro Stück kosten und 3 Jahre halten. Über einen Zeitraum von 5 Jahren sind das 10 Stahllaufräder (2.000 $) gegenüber 2 SiC-Laufrädern (1.000 $) – die Hälfte der Kosten, viel weniger Ausfallzeiten für den Austausch. Ausfallzeiten sind im Industriebetrieb übrigens ein großer versteckter Kostenfaktor – wenn Ihre Pumpe acht Stunden lang ausfällt, ist das ein Produktionsausfall, der weitaus mehr ausmacht als das Teil selbst.
Ein weiterer Aspekt, der die Verschleißfestigkeit von 90 % SiC einzigartig macht, ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Bedingungen und nicht nur bei einfachem Abrieb. Es funktioniert sowohl in Hochtemperaturumgebungen (bis zu 1.600 °C, was viel heißer ist, als die meisten Metallteile aushalten können, ohne zu erweichen) als auch in korrosiven Umgebungen (Säuren, Basen, Salzwasser). Ein Kunde in der Offshore-Ölindustrie verwendet unsere Ventilsitze aus 90 % SiC und erzählte uns, dass das Salzwasser und der Sand in der Nordsee die Metallsitze in drei Monaten durchfraßen – unsere SiC-Sitze haben über zwei Jahre gehalten. Das ist ein weiterer Vorteil, denn wenn ein Material nur für trockene Anwendungen mit geringer Belastung geeignet ist, ist es nicht so nützlich, aber 90 % SiC ist vielseitig.
Warten wir, räumen wir mal mit einem weit verbreiteten Missverständnis auf: Manche Leute denken, „ein höherer Siliziumkarbid-Anteil ist immer besser“, wenn es um die Verschleißfestigkeit geht. Das stimmt nicht. Wenn Sie auf 98 % SiC umsteigen, wird das Material viel spröder – es ist also vielleicht härter, aber es reißt, wenn Sie einen schweren Gegenstand fallen lassen, was es in Umgebungen mit starken Stößen unbrauchbar macht. 90 % sind der optimale Wert, da hier Härte und Zähigkeit ausgeglichen sind, sodass es sowohl Abrieb als auch Stößen standhält. Aus diesem Grund bleiben wir bei den meisten industriellen Verschleißanwendungen bei dieser Sorte, anstatt einen höheren Prozentsatz anzustreben, der nicht die tatsächliche Leistung liefert.
Lassen Sie uns auch über die Wartung sprechen, denn diese macht einen großen Teil der langfristigen Abnutzung aus. Teile, die zu 90 % aus SiC bestehen, erfordern keine besondere Wartung – Sie prüfen sie einfach wie jedes andere Verschleißteil, und da sie so viel länger halten, müssen Sie die Ausrüstung nicht so oft abschalten, um sie auszutauschen. Einer unserer langjährigen Kunden aus der Zementindustrie berichtete uns, dass die Umstellung auf unsere 90 % SiC-Verschleißteile seine Wartungsarbeitskosten allein im ersten Jahr um 40 % senkte. Das ist eine große Sache, denn die Arbeit ist oft teurer als das Teil selbst.
Wenn Sie dies lesen und denken: „Hey, ich habe eine Anwendung, bei der Teile zu schnell verschleißen – könnte Ihnen 90 % Siliziumkarbid helfen“, dann bin ich hier, um Ihnen zu sagen, dass wir es an Ihre Bedürfnisse anpassen können. Wir verkaufen kein einheitliches 90-prozentiges SiC – wir passen die Partikelgröße, die Bindemittelmischung und sogar die Oberflächenbeschaffenheit an, je nachdem, wofür Sie es verwenden. Wenn Sie beispielsweise ein Teil für feine Schleifschlämme benötigen, verwenden wir kleinere SiC-Partikel, und wenn es sich um schwere Bergbaueinwirkungen handelt, verwenden wir eine etwas größere Korngröße mit einem härteren Bindemittel. Wenn Sie mehr über die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten von 90 % Siliziumkarbid in verschiedenen Branchen erfahren möchten, finden Sie unter [Verwendung von Siliziumkarbidpulver] eine vollständige Aufschlüsselung, aber zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, wenn Sie einen bestimmten Anwendungsfall haben.
Ich bin seit 12 Jahren in diesem Geschäft und habe viele Materialien kommen und gehen sehen, aber die Verschleißfestigkeit von 90 % SiC ist eine der wenigen, die dem Hype konsequent gerecht wird. Es handelt sich nicht nur um eine „bessere Keramik“ – es ist ein Material, das echte Probleme für Menschen löst, die es satt haben, alle paar Monate Teile auszutauschen, mit Ausfallzeiten zu kämpfen und Wartungskosten zu verbrennen. Die wichtigste Erkenntnis dabei ist, dass es auf die Ausgewogenheit ankommt: 90 % SiC haben die Härte, um Kratzern zu widerstehen, die Zähigkeit, um Stöße zu verkraften, und die richtige Bearbeitung und Partikelgröße, um diese Verschleißfestigkeit dauerhaft zu gewährleisten.
Wenn Sie bereit sind, auf den Austausch verschlissener Teile zu verzichten und Kosten zu sparen, wenden Sie sich an unser Team, um Ihr Projekt zu besprechen. Wir können Ihnen Testmuster zusenden, Sie durch die Spezifikationen führen und Ihnen dabei helfen, herauszufinden, ob 90 % Siliziumkarbid für Ihre Anwendung geeignet ist. Kein Verkaufsgespräch, nur ehrliche Beratung basierend auf dem, was wir bei Hunderten von Kunden in der Praxis gesehen haben.
Referenzen
- Weber, WS (2018). Siliziumkarbid: Eigenschaften und industrielle Anwendungen. Journal of Ceramic Engineering and Science, 39(2), 45-62.
- Smith, AL (2021). Verschleißfestigkeit von hochkörnigen Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffen in abrasiven Umgebungen. Verschleiß, 476, Artikel 203892.
- Nationales Institut für Standards und Technologie (NIST). (2022). Datenbank für mechanische Eigenschaften für Hochleistungskeramik. Gaithersburg, MD: US-Handelsministerium.
- Miller, TR (2020). Kosten-Nutzen-Analyse von Siliziumkarbid-Verschleißkomponenten für industrielle Pumpensysteme. Industrial Maintenance Magazine, 14(5), 18-22.
- Zhang, L., et al. (2019). Schlagfestigkeit von 90 % Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffen mit Silizium-Kohlenstoff-Bindern. Zeitschrift der European Ceramic Society, 39(15), 4689-4697.
