Die Rolle von grünem Siliziumkarbid als Füllstoff in Verbundwerkstoffen
Grünes Siliziumkarbid ist bekannt für seine hohe Härte, ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, gute chemische Stabilität und Verschleißfestigkeit. Als Füllstoff zu Verbundwerkstoffen (wie Polymer-, Metall- oder Keramikverbundwerkstoffen) verbessert es die Gesamtleistung des Matrixmaterials erheblich.
Die wichtigsten Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Verbessert die Härte und Verschleißfestigkeit erheblich
Wirkungsmechanismus: Grünes Siliziumkarbid hat eine Mohshärte von 9,2–9,3 und wird damit nur von Diamant und Borkarbid übertroffen. Durch die gleichmäßige Verteilung seiner Partikel in einem weicheren Matrixmaterial (wie Epoxidharz, Nylon, Gummi oder Aluminiumlegierung) entsteht eine Barriere, die wie unzählige winzige „Panzer“ im Material eingebettet ist.
Wirkung: Die Oberflächenbeständigkeit des Verbundwerkstoffs gegen Kratzer, Verschleiß und plastische Verformung wird deutlich verbessert. Dies macht das Produkt ideal für Anwendungen, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern, wie zum Beispiel:
Verschleißfeste Auskleidungen, Rutschen, Laufräder
Bremsbeläge, Kupplungsscheiben (erhöht Reibungskoeffizient und Verschleißfestigkeit)
Hochleistungsreifen (wird als verstärkender Füllstoff verwendet, um die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer der Reifen zu verbessern)
2. Deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften
Wirkungsmechanismus: Harte grüne Siliziumkarbidpartikel wirken als Verstärkungsphase, übertragen und verteilen effektiv die auf das Material ausgeübte Spannung und verhindern so Verformungen und Rissausbreitung im Matrixmaterial.
Wirkung: Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität des Verbundwerkstoffs werden deutlich verbessert. Allerdings erhöht sich dadurch typischerweise auch die Sprödigkeit des Materials, sodass Zugabeverhältnis und Partikelgrößenverteilung je nach Anwendung angepasst werden müssen.
3. Hervorragende verbesserte thermische Eigenschaften
Hohe Wärmeleitfähigkeit: Grünes Siliziumkarbid hat eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (ca. 100–140 W/m·K). Die Zugabe zu schlechten Wärmeleitern wie Polymeren kann die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs deutlich verbessern.
Anwendungen: Wird in elektronischen Verpackungsmaterialien, wärmeleitenden Silikonen, wärmeleitenden Kunststoffen und anderen Materialien verwendet, um die Wärmeableitung von elektronischen Komponenten zu unterstützen.
Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: Grünes Siliziumkarbid hat einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Kombination mit einer Matrix mit hoher Wärmeausdehnung (z. B. Harz oder Metall) kann den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gesamtmaterials reduzieren und das Produkt bei Temperaturschwankungen formstabiler machen.
Anwendungen: Komponenten von Präzisionsinstrumenten, optischen Plattformen und anderen Geräten, die empfindlich auf thermische Verformung reagieren.
4. Wirkungsmechanismus für verbesserte Reibungsleistung
: In Reibungsmaterialien (wie Bremsbelägen) wirkt grünes Siliziumkarbid als verschleißfestes Schleifmaterial, das für einen stabilen Reibungskoeffizienten sorgt.
Wirkung: Es hilft, die Reibfläche sauber zu halten, verhindert Schlupf und sorgt für einen stabilen, zuverlässigen und dauerhaften Reibungskoeffizienten, wodurch ein Nachlassen der Bremsleistung verhindert wird.
5. Weitere Funktionen
Chemische Stabilität: Grünes Siliziumkarbid ist säure- und alkalibeständig und verbessert die Haltbarkeit von Verbundwerkstoffen in korrosiven Umgebungen.
Verarbeitbarkeit: In einigen Fällen kann die Zugabe harter Partikel den Verschleiß der Bearbeitungswerkzeuge erhöhen, aber auch die Schleif- oder Polierbarkeit des Materials verbessern.
Anwendungszusammenfassung
Verschleißfeste Produkte: Schlammpumpenkomponenten, Auskleidungen für Bergbaumaschinen und verschleißfeste Teile für landwirtschaftliche Maschinen.
Reibmaterialien: Hochleistungsbremsbeläge und Kupplungsbeläge für Kraftfahrzeuge.
Wärmeleitende Materialien: LED-Kühlkörpersubstrate, CPU-Wärmeleitpaste und Verpackungsmaterialien für Leistungsmodule.
Strukturteile: Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie, die eine hohe Steifigkeit, geringe thermische Verformung und ein gewisses Maß an Verschleißfestigkeit erfordern.
Spezialbeschichtungen und Keramik: Dient zur Herstellung von verschleißfesten und korrosionsbeständigen Beschichtungen und Strukturkeramiken.
