Kompozyty Si₃N₄-MoSi₂ jako materiał na elementy grzejne nowej generacji.

Obecnie ceramiczne elementy grzejne (SiC, Si₃N4, MoSi₂) coraz częściej wypierają tradycyjne elementy grzejne oparte na metalach (W, Mo, Pt, Ta). Niewątpliwą zaletą ceramicznych elementów grzejnych jest ich znacznie dłuższa żywotność oraz odporność na utlenianie i środowisko agresywne.

Badania eksploatacyjne tego typu kompozytów dowodzą wysokiej odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze (100 cykli po 104 w 1500^oC). Wprowadzenie do osnowy Si₃N₄ zarówno MoSi₂ oraz SiC zwiększają odporność na degradację oraz wytrzymałość mechaniczną w wysokiej temperaturze.

Skuteczną barierą rozpowszechniania się idei ceramicznych elementów grzejnych jest nadal trudna do opanowania technologia ich wytwarzania. Prezentowane wyniki powstały w trakcie prac nad opracowaniem elementu grzejnego świecy żarowej do silników wysokoprężnych. Świece ceramiczne posiadają 3-4 krotnie dłuższą żywotność (liczoną już w setkach tysięcy kilometrów) oraz osiągają maksymalną temperaturę pracy w ciągu 2-5 sekund.

MATERIAŁY:

• 40% α - Si3N4 (Grade M11 HP - H. C. Starck), D₅₀=0,6 µm, BET12-15 m²/g
• 54% MoSi₂ (Grade C - H. C. Starck), D₅₀=2,5 µm, BET1,5 m^₂/g
• 2,4% α - Al₂O₃ (Symulox NO713-10 - Nabaltec)
• 2,4% Y₂O₃ (Grade A - H. C. Starck)
• 1,2% MgO (Reachim)

ETAPY WYTWÓRCZE:

• Mieszanie komponentów na mokro – atrytor, woda destylowana
• Wprowadzenie do zawiesiny lepiszczy – 3% alkoholu poliwinylowego, 4% glikolu etylowego
• Granulowanie – wyparka próżniowa, sito 1,0 i 0,5 mm
• Zagęszczanie izostatyczne – 200MPa
• Spiekanie wstępne – 400^oC
• Spiekanie zasadnicze – 1780^oC, atm. N2