Gesintertes Siliziumkarbid: Der umfassende technische Leitfaden zu SSiC-Keramiken

Ein technischer Leitfaden zu gesintertem Siliziumkarbid (SSiC): Herstellungsverfahren, wichtigste Eigenschaften, industrielle Anwendungen und wann es gegenüber anderen Keramiken vorzuziehen ist.

29. Juli 2026 · 11 Minuten Lesezeit

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TL;DR

Gesintertes Siliziumkarbid (SSiC) ist das Material der Wahl für Ingenieure, wenn kein anderes Material den Anforderungen gewachsen ist. Es ist in kontrollierter Atmosphäre bei Temperaturen von bis zu 1.900 °C einsetzbar, weist eine Mohs-Härte von 9 bis 9,5 auf – womit es unter den natürlich vorkommenden Materialien nach Diamant an zweiter Stelle steht – und ist gegen praktisch alle Säuren, Laugen und geschmolzenen Salze beständig, die in industriellen Prozessen vorkommen können.

Der Sinterprozess ist es, der SSiC von kostengünstigeren, reaktionsgebundenen Alternativen unterscheidet: Submikron-SiC-Pulver, das in einer Argonatmosphäre bei 2.100–2.200 °C gebrannt wird, ergibt eine vollständig dichte Keramik ohne Restmetallphase und ohne Porosität – Eigenschaften, die man bei infiltrationsbasierten Sorten einfach nicht erreichen kann. Der weltweite SSiC-Markt erreichte im Jahr 2025 ein Volumen von 2,8 Milliarden US-Dollar und wächst jährlich um 6,9 %, angetrieben von Halbleiterfabriken, chemischen Verarbeitungsanlagen und Nichteisenmetallgießereien, die alle zu derselben Erkenntnis gelangen: Wenn man ein Bauteil benötigt, das wirklich ausfallsicher ist, ist SSiC in der Regel die Lösung. Die XICAR™-SSiC-Produktreihe von Sialon Ceramics liefert Bauteile mit einer Länge von bis zu 3.000 mm und einer Leistung, die der von HEXOLOY® entspricht – gestützt auf 40 Jahre Erfahrung in der kundenspezifischen Keramikherstellung in Kopenhagen.

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Was ist gesintertes Siliziumkarbid?

Siliziumkarbid (SiC) ist eine Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff, die in der Natur nicht in nutzbaren Mengen vorkommt – Hersteller müssen sie synthetisch herstellen. Beim 1893 entwickelten Acheson-Verfahren wird der Rohstoff durch die Reaktion von Quarzsand mit Kohlenstoff bei etwa 2.500 °C hergestellt. Bei dieser Reaktion entsteht ein kristallines SiC-Pulver, das die Hersteller anschließend zu Bauteilen formen und verdichten können. Die Art der Verdichtung ist entscheidend: Der Herstellungsweg bestimmt die Eigenschaften des Endmaterials stärker als fast jede andere Variable.

Hersteller produzieren gesintertes Siliziumkarbid durch druckloses Sintern – dazu wird SiC-Pulver mit einem geringen Anteil an nicht-oxidischen Sinterhilfsmitteln (typischerweise Bor und Kohlenstoff) verdichtet, in eine nahezu endkonturierte Form gebracht und in einer inerten Argonatmosphäre bei 2.100–2.200 °C gebrannt. Bei diesen Temperaturen verbinden sich die Partikel an ihren Korngrenzen, und das Bauteil verdichtet sich bis auf eine Porosität von praktisch Null. In der Struktur verbleibt kein freies Silizium. Das Fehlen einer metallischen Restphase ist das charakteristische Merkmal von SSiC: Es ist der Grund dafür, dass das Material in Umgebungen, in denen jede andere SiC-Sorte zersetzt würde, chemisch inert bleibt.

Die wichtigste Alternative – reaktionsgebundenes Siliziumkarbid (RBSC) – dringt flüssiges Silizium in eine poröse SiC-Vorform ein. Dieses Verfahren ist kostengünstiger und ermöglicht die Herstellung komplexerer Geometrien, doch das in der Struktur verbleibende freie Silizium (10–12 %) hat einen Schmelzpunkt von nur 1.410 °C und wird von starken Basen und Flusssäure leicht angegriffen. Für viele Anwendungen ist dies akzeptabel. Für Anwendungen, bei denen dies nicht der Fall ist, benötigt man SSiC.

Das obige Spinnendiagramm zeigt, wo SiC (beschriftet) im Vergleich zu anderen technischen Keramiken steht: Es ist führend in Bezug auf Härte und Wärmeleitfähigkeit und zeichnet sich durch eine hohe Hochtemperaturfestigkeit aus. Was das Diagramm nicht zeigt, ist, dass diese Vorteile speziell bei der gesinterten Sorte maximiert sind – SSiC stellt das Extrem dessen dar, was SiC leisten kann.

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Wie SSiC hergestellt wird – der Sinterprozess

Wenn man den Prozess versteht, wird klar, warum SSiC teurer ist als RBSC und warum sich der Aufpreis in der Regel lohnt. Die vier Schritte sind:

Pulveraufbereitung. Die Hersteller mischen SiC-Pulver im Submikronbereich – mit einer Partikelgröße unter 1 Mikrometer – mit Sinterhilfsmitteln, typischerweise Bor und Kohlenstoff in geringen Anteilen. Die Partikelgröße ist entscheidend: Feineres Pulver bietet eine größere Oberfläche für die Bindung, was niedrigere Sintertemperaturen und eine bessere Verdichtung bedeutet. Die richtige Zusammensetzung der Mischung ist das Ergebnis materialwissenschaftlicher Fachkenntnis.

Formgebung. Die Hersteller formen die Pulvermischung mithilfe herkömmlicher Keramikverfahren: durch Formpressen bei einfachen Geometrien, durch isostatisches Pressen bei dickeren Querschnitten und für eine bessere Dichtegleichmäßigkeit oder durch Spritzgießen bei komplexen, dünnwandigen Bauteilen. Der geformte „Rohling“ ist zerbrechlich und um etwa 17–20 % überdimensioniert – er schrumpft beim Sintern.

Sintern. Der Rohling wird in einer Argonatmosphäre bei 2.100–2.200 °C gebrannt, was deutlich über der Zersetzungstemperatur von SiC an der Luft (ca. 1.600 °C) liegt. Die Argonatmosphäre verhindert eine Oxidation. Bei diesen Temperaturen treibt die Diffusion an den Korngrenzen die Verdichtung voran: Poren schließen sich, Körner wachsen, und das Bauteil erreicht die theoretische Dichte (3,1 g/cm³) ohne verbleibende Metallphase. Die vorhersehbare, gleichmäßige Maßschrumpfung ist der Grund, warum Hersteller fast immer die Formgebung im Endform- oder Quasi-Endformverfahren einsetzen – eine Nachbearbeitung nach dem Sintern mit Diamantwerkzeugen ist zwar möglich, jedoch kostspielig.

Endbearbeitung. Durch Diamantschleifen oder -läppen werden die endgültigen Toleranzen erreicht. Aufgrund der extremen Härte von SSiC (≥22 GPa nach Vickers) kann es nur mit Diamantwerkzeugen bearbeitet werden, was einerseits eine Einschränkung darstellt (Bearbeitungskosten), andererseits aber auch einen praktischen Vorteil bietet, sobald es eingebaut ist (im Betrieb gibt es nichts, was es leicht abnutzen könnte).

„Die Herausforderung bei SSiC besteht darin, dass man das Material nach dem Sintern nicht kostengünstig bearbeiten kann. Man muss die Form bereits vor dem Brennen richtig hinbekommen. Erfahrene Lieferanten arbeiten anhand von Konstruktionszeichnungen und bringen den Rohling so weit wie möglich in die Endform, sodass der Diamantschleifaufwand minimal ist – genau hier zeigt sich der Kostenunterschied zwischen den Lieferanten.“ – „Practical Machinist“-Forum, Community für technische Zerspanung

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Werkstoffeigenschaften: Was die Zahlen tatsächlich bedeuten

Hier finden Sie die vollständige Tabelle der Materialeigenschaften von SSiC. Diese Werte stammen aus der SSiC-Materialdatenbank von AZoM und wurden durch die technischen Daten von CeramTec zu SiC bestätigt:

Eigentum	SSiC	Einheit
Dichte	3.1	g/cm³
Porosität	0	%
Vickers-Härte	≥22,000	MPa (≥ 22 GPa)
Mohs-Härte	9–9,5	- –
Biegefestigkeit	550	MPa
Druckfestigkeit	3,900	MPa
Elastizitätsmodul	410	GPa
Bruchzähigkeit (KIC)	4.6	MPa·m½
Wärmeleitfähigkeit	120–200	W/m·K
Wärmeausdehnungskoeffizient	4.0	× 10⁻⁶/°C
Max. Betriebstemperatur (Luft)	1,650	°C
Max. Betriebstemperatur (inert)	1,900	°C
Dichte im Vergleich zu Stahl	~40%	- –

Einige davon verdienen eher einen Kommentar als nur einen Eintrag in der Tabelle.

Härte. Mit einem Härtewert von 9–9,5 auf der Mohs-Skala liegt SSiC knapp unter Diamant (10) und kubischem Bornitrid (9,5). In der Praxis bedeutet dies, dass herkömmliche Schleifmittel – Quarzsand, Aluminiumoxidkörner, Prozessschlämme – keine Kratzer daran hinterlassen können. Pumpendichtungen, Düsen und Auskleidungen in abrasiven Umgebungen halten Jahre statt nur Monate.

Wärmeleitfähigkeit. Mit 120–200 W/m·K ist sie etwa 3- bis 5-mal höher als die von Aluminiumoxid und Siliziumnitrid und etwa 8- bis 10-mal höher als die von Edelstahl. In einem Wärmetauscherrohr oder einem Schutzrohr für Thermoelemente bedeutet dies, dass Wärme schnell durch die Wand geleitet wird – und genau das ist gefragt, wenn es um die Genauigkeit der Temperaturmessung oder die Effizienz der Wärmeübertragung geht.

Geringe Wärmeausdehnung. Der Wert von 4,0 × 10⁻⁶/°C in Verbindung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit sorgt für die hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit des Materials. Wenn sich eine Keramik erwärmt, dehnt sie sich aus; je schneller die Wärme durch die Wand geleitet wird, desto geringer ist der Ausdehnungsunterschied über einen Querschnitt hinweg. SSiC hält schnellen Temperaturwechseln stand, die bei Aluminiumoxid sofort zu Rissen führen würden.

Dichte: 3,1 g/cm³ – etwa 40 % der Dichte von Stahl. Bei großen Bauteilen wie Thermoelementrohren mit einer Länge von bis zu 3.000 mm macht sich diese Gewichtsersparnis bei der Handhabung, der Montage und bei der Berechnung der Ofenbeladung bemerkbar.

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SSiC im Vergleich zu anderen SiC-Sorten – die richtige Wahl treffen

Nicht jedes Siliziumkarbid ist aus dem gleichen Material. Die SiC-Familie umfasst mehrere Sorten mit deutlich unterschiedlichen Eigenschaften:

SSiC im Vergleich zu reaktionsgebundenem SiC (RBSC/RBSiC). RBSC enthält 10–12 % freies Silizium, wodurch seine maximale Temperatur auf etwa 1.350–1.400 °C begrenzt ist (Silizium schmilzt bei 1.410 °C) und seine chemische Beständigkeit eingeschränkt wird. Die Vorteile von RBSC liegen in der geometrischen Komplexität – durch den Silizium-Infiltrationsprozess lassen sich feine Strukturen ausfüllen, die beim drucklosen Sintern nicht zuverlässig hergestellt werden können – sowie im Preis. Wenn Ihre Anwendung unter 1.350 °C stattfindet und Ihre Prozesschemie harmlos ist, ist RBSC oft die wirtschaftlichere Wahl. Oberhalb von 1.350 °C oder bei aggressiver Chemie ist SSiC die einzige brauchbare SiC-Option.

SSiC im Vergleich zu siliziuminfiltriertem SiC (SiSiC). SiSiC ist im europäischen industriellen Sprachgebrauch im Wesentlichen ein anderer Begriff für RBSC. Es gelten dieselben Vor- und Nachteile.

SSiC im Vergleich zu Siliziumnitrid (Si₃N₄). Siliziumnitrid weist eine höhere Bruchzähigkeit auf (typischerweise 6–8 MPa·m½ gegenüber 4,6 bei SSiC) und zeigt eine bessere Beständigkeit gegenüber mechanischen Stößen. SSiC überzeugt hingegen durch seine Härte, Wärmeleitfähigkeit und chemische Beständigkeit gegenüber geschmolzenen Nichteisenmetallen – Siliziumnitrid wird bei bestimmten Temperaturen von einigen Aluminiumlegierungen angegriffen, weshalb Sialon (Silizium-Aluminium-Oxynitrid) als geschmolzen-metall-spezifische Alternative zu Si₃N₄ entwickelt wurde. Beim Schutz von Thermoelementen in geschmolzenem Messing, Kupfer und Gusseisen bewältigt SSiC Umgebungen, mit denen sowohl Siliziumnitrid als auch Sialon Schwierigkeiten haben.

SSiC im Vergleich zu Aluminiumoxid (Al₂O₃). Aluminiumoxid ist kostengünstiger und leichter erhältlich, doch seine Wärmeleitfähigkeit (20–30 W/m·K) beträgt nur etwa ein Fünftel der von SSiC, und ab 1.200 °C verliert es an Festigkeit. Bei Anwendungen mit hohen Temperaturanforderungen ist der Vergleich unter Berücksichtigung der Gesamtbetriebskosten selten ausgeglichen.

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Industrielle Anwendungen von gesintertem Siliziumkarbid

SSiC hat sich in einer Vielzahl von Branchen einen festen Platz erobert – nicht, weil es im Marketing-Sinne „ein Material, viele Anwendungsmöglichkeiten“ vielseitig einsetzbar ist, sondern weil genau diese Kombination aus Härte, Temperaturbeständigkeit und chemischer Inertheit zufällig genau das ist, was für verschiedene Problemstellungen benötigt wird.

Gleitringdichtungen und Pumpenkomponenten

Die weltweit größte Einzelanwendung für SSiC sind Gleitringdichtungen – insbesondere in Pumpen für die chemische Verarbeitung. Die Kombination aus extremer Härte, niedrigem Reibungskoeffizienten gegenüber sich selbst oder Kohlenstoff, Korrosionsbeständigkeit und Maßstabilität unter thermischen Wechselbelastungen macht SSiC zum Standardmaterial für Dichtflächen, wo immer die Prozessflüssigkeit aggressiv ist.

In einer Schlammpumpe, die abrasive Abfälle aus der Mineralverarbeitung fördert, halten Dichtflächen aus Aluminiumoxid nur wenige Wochen. Dichtflächen aus SSiC halten hingegen jahrelang. Der Unterschied in der Härte ist eklatant: Mohs 9–9,5 gegenüber Mohs 9 für Aluminiumoxid klingt zwar ähnlich, doch die Vickers-Werte weichen stark voneinander ab (22.000 MPa für SSiC gegenüber 14.000–18.000 MPa für Aluminiumoxid). Bei Pumpenlagern, die mit korrosiven Flüssigkeiten in Berührung kommen, ermöglicht die Kombination aus chemischer Beständigkeit und Härte bei SSiC den Einsatz von Konstruktionen ohne Schmierung – das Lager läuft direkt auf der Prozessflüssigkeit.

Schutzrohre für Thermoelemente in der Hochtemperatur-Metallverarbeitung

In Gießereien, in denen Nichteisenmetalle bei Temperaturen über 1.100 °C verarbeitet werden – geschmolzenes Messing bei 900–950 °C, Kupfer bei 1.085–1.200 °C, Gusseisen bei 1.200–1.450 °C –, ermöglichen SSiC-Schutzrohre für Thermoelemente eine kontinuierliche Temperaturüberwachung, die mit Stahlrohren schlichtweg nicht möglich ist. Stahl korrodiert in diesen Schmelzen innerhalb weniger Tage. SSiC hingegen ist porenfrei und chemisch inert gegenüber Nichteisenmetallen und hat somit eine unbegrenzte Lebensdauer.

Die hohe Wärmeleitfähigkeit (120–200 W/m·K) spielt hier in besonderer Weise eine Rolle: Ein dickwandiges Schutzrohr mit geringer Wärmeleitfähigkeit führt zu einer erheblichen Messverzögerung. Ein SSiC-Rohr mit hoher Wärmeleitfähigkeit überträgt die Metalltemperatur nahezu fehlerfrei an das Thermoelement, was entscheidend ist, wenn es darum geht, bei einem Präzisionsgussverfahren ein enges Temperaturfenster einzuhalten.

Tiegel zum Schmelzen und zur Verarbeitung von Metallen

SSiC-Tiegel eignen sich für Anwendungen, die die Temperatur- oder chemischen Grenzwerte von Graphit-Ton- und Siliziumkarbid-Graphit-Tiegeln überschreiten. XICAR™-Tiegel aus Sialon decken einen Temperaturbereich von 620 °C für das Schmelzen von Aluminium- und Zinklegierungen bis hin zu 1.400 °C für das Schmelzen von Kupfer, Gold und Silber in Induktionsöfen ab.

Die Antioxidationsbeschichtungen der XICRU™ HT- und NF-Serien verlängern die Lebensdauer in Luftatmosphären. Bei Anwendungen in Induktionsöfen ermöglicht die elektrische Leitfähigkeit des Materials (SSiC ist im Gegensatz zu Aluminiumoxid ein Halbleiter), dass es direkt durch das Induktionsfeld erwärmt werden kann – eine nützliche Flexibilität bei der Konstruktion.

Sonderanfertigungen: Düsen, Verschleißauskleidungen, Pumpenteile

Die Kombination aus Verschleißfestigkeit und chemischer Inertheit macht SSiC zur idealen Wahl für alle Anwendungen, bei denen abrasive oder korrosive Strömungen mit hoher Geschwindigkeit auftreten. Brennerdüsen, Sprühdüsen, Extrusionsdüsen, Verschleißplatten und Zyklonauskleidungen sind allesamt bewährte Anwendungsbereiche.

Halbleiterfertigung

Das Bestreben der Halbleiterindustrie , immer größere Wafergrößen und höhere Prozesstemperaturen zu erreichen, hat SSiC zu einem unverzichtbaren Werkstoff für Waferboote, Auslegerpaddel und Komponenten für Prozesskammern gemacht. Die Reinheit des Materials – es enthält keine Metallphase, die den Prozess verunreinigen könnte – in Verbindung mit seiner thermischen Stabilität macht es zu einem der wenigen Werkstoffe, die in einem Diffusionsofen bei 1.200 °C eingesetzt werden können, ohne Verunreinigungen einzubringen.

CO₂-Abscheidung aus Meerwasser

Dieser Punkt ist zwar weniger offensichtlich, aber dennoch wissenswert: SSiC-Öfen kommen mittlerweile in neuartigen Verfahren zur elektrochemischen CO₂-Abscheidung aus Meerwasser zum Einsatz, bei denen die Kombination aus Korrosionsbeständigkeit gegenüber Meerwasser, Hochtemperaturbeständigkeit und struktureller Integrität SSiC zum einzigen geeigneten Auskleidungsmaterial macht.

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Was SSiC nicht kann (und wann man sich für eine andere Lösung entscheiden sollte)

Die ehrliche Antwort auf die Frage nach den Grenzen von SSiC ist kurz, aber wichtig.

Es ist spröde. Die Bruchzähigkeit von 4,6 MPa·m½ liegt unter der von RBSC und deutlich unter der von Siliziumnitrid (6–8 MPa·m½). SSiC verformt sich vor dem Bruch nicht – es splittert und reißt.

Für Anwendungen mit erheblichen mechanischen Belastungen, Vibrationen oder Thermoschocks durch schnelles Abschrecken sollte eine andere Wahl getroffen werden. Entscheiden Sie sich für RBSC, wenn es auf Thermoschockbeständigkeit ankommt, oder für Siliziumnitrid, wenn es auf Zähigkeit ankommt. Sialon Ceramics entwickelt seine Produktlinie Sialon ULTRA™ – auf Basis von Sialon (Silizium-Aluminium-Oxynitrid) – speziell für Umgebungen mit geschmolzenem Aluminium, in denen starke Thermoschockzyklen auftreten. SSiC ist in diesem speziellen Szenario weniger widerstandsfähig.

Die Bearbeitung nach dem Sintern ist kostspielig. Hier kommen ausschließlich Diamantwerkzeuge zum Einsatz, und das Zerspanen komplexer Strukturen nach dem Sintern kostet ein Vielfaches dessen, was die Herstellung derselben Struktur im Rohling vor dem Brennen kosten würde. Legen Sie die Geometrie bereits in der Konstruktionsphase gemeinsam mit Ihrem Lieferanten fest und beziehen Sie Rohlinge, die bereits nahezu die Endform haben.

Es ist nicht billig. SSiC ist deutlich teurer als RBSC und Aluminiumoxid. Unter Berücksichtigung der Lebensdauer und der Ausfallzeiten spricht die Wirtschaftlichkeit fast immer für SSiC – doch die Anschaffungskosten erfordern eine eingehende Abwägung.

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XICAR™-Sinter-Siliziumkarbid von Sialon Ceramics

Sialon Ceramics Denmark ApS stellt seit 1986 technische Keramik her. Das XICAR™-SSiC-Sortiment deckt das gesamte Anwendungsspektrum ab, für das sich das Material eignet – von Standardtiegeln bis hin zu maßgeschneiderten Bauteilen, die nach Zeichnungen gefertigt werden.

Maßbereich. Die Bauteile erreichen eine Länge von bis zu 3.000 mm Länge und 300 mm Außendurchmesser. Bei Schutzrohren für Thermoelemente bedeutet dies den Einbau über die gesamte Länge in Hochöfen oder Gießrinnen ohne Verbindungsstellen.

Leistungsvergleich. XICAR™ bietet eine direkte Alternative zu HEXOLOY® SE von Saint-Gobain und weist gleichwertige mechanische und thermische Eigenschaften auf. Die 40-jährige Erfahrung von Sialon im Bereich Anwendungstechnik unterstützt Sie bei der Auswahl und Installation.

Produktfamilien:

• XICRU™-Tiegel – HT-Serie (900–1.400 °C, Zinkoxid-Destillation und Schmelzen von Kupfer, Gold und Silber), NF-Serie (620–920 °C, Schmelzen von Aluminium und Zinklegierungen), Varianten für Induktions- und Widerstandöfen, bis zu Ø 1.525 mm
• XICAR™-Schutzrohre für Thermoelemente – bis zu 3.000 mm, ausgelegt für 1.700 °C in Luft / 1.900 °C in kontrollierter Atmosphäre, für Elemente vom Typ R oder S, geeignet für geschmolzenes Messing, Kupfer, Gusseisen, Edelstahl und Siliziummetall
• Maßgefertigte SSiC-Bauteile – Brennerdüsen, Verschleißplatten und Auskleidungen, Pumpenkomponenten, Dichtungen und Lager, Ofenausrüstung, beliebige Geometrien

Lieferzeit und Support. Die typische Lieferzeit beträgt 4 Wochen ab Freigabe der Zeichnung. Darin enthalten ist ein unverbindliches Angebot einschließlich technischer Beratung. Sialon Ceramics ist nach ISO 14001 zertifiziert, und 2026 wird eine neue Niederlassung in Spanien (Valencia) eröffnet, um die Präsenz in Europa auszubauen.

Garantie. Sialon Ceramics gewährt eine 12-monatige Garantie gegen chemische Angriffe im Einsatz – ein Aspekt, der im Vergleich zu den Angeboten der Mitbewerber beachtenswert ist, da diese häufig gänzlich auf eine Garantie verzichten oder diese nur auf Herstellungsfehler beschränken.

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Probieren Sie Sialon-Keramik aus

<a href=”https://sialon.com”>Sialon Ceramics has been making sintered silicon carbide and sialon ceramic components for foundries, chemical processors, and semiconductor manufacturers since 1986. The XICAR™ SSiC line covers standard crucibles, thermocouple tubes, and fully custom components – all with a 12-month warranty and 4-week lead time. If you’re replacing a component that keeps failing in an extreme environment, it’s worth a conversation.

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Häufig gestellte Fragen

Wie hoch ist die maximale Betriebstemperatur von gesintertem Siliziumkarbid?

<p>Sintered silicon carbide (SSiC) operates at up to 1,650°C in air and up to 1,900°C in a controlled inert atmosphere such as argon. This makes it one of the highest-temperature-rated ceramic materials available. Sialon Ceramics’ XICAR™ SSiC reaches 1,900°C in controlled atmosphere across its full product range, including thermocouple protection tubes and crucibles&lt;/a>.

Was ist der Unterschied zwischen gesintertem Siliziumkarbid und reaktionsgebundenem Siliziumkarbid?

Hersteller produzieren gesintertes Siliziumkarbid (SSiC) durch druckloses Sintern von SiC-Pulver in einer inerten Atmosphäre bei 2.100–2.200 °C. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist eine Porosität von Null und das Fehlen einer freien Siliziumphase. Im Gegensatz dazu infiltrieren Hersteller zur Herstellung von reaktionsgebundenem SiC (RBSC) eine poröse SiC-Vorform mit flüssigem Silizium, wodurch 10–12 % freies Silizium in der Struktur verbleiben. Folglich begrenzt dieses Rest-Silizium die maximale Einsatztemperatur von RBSC auf etwa 1.350 °C (nahe dem Schmelzpunkt von Silizium bei 1.410 °C). Es schränkt zudem die chemische Beständigkeit von RBSC in stark alkalischen Umgebungen und gegenüber Flusssäure ein. Insgesamt weist SSiC eine überlegene Härte, Temperaturbeständigkeit und chemische Beständigkeit auf; RBSC ist jedoch kostengünstiger und ermöglicht komplexere Geometrien.

Wie hart ist gesintertes Siliziumkarbid?

SSiC weist eine Mohs-Härte von 9–9,5 und eine Vickers-Härte von ≥22.000 MPa (≥22 GPa) auf. Damit ist es nach Diamant und kubischem Bornitrid das zweithärteste Keramikmaterial. In der Praxis können herkömmliche Schleifmittel – Quarzsand, Aluminiumoxidkörner, Prozessschlämme – keine Kratzer auf SSiC-Oberflächen hinterlassen. Dies verleiht dem Material eine hervorragende Verschleißfestigkeit in Pumpendichtungen, Düsen und Auskleidungen, die abrasiven Strömungen ausgesetzt sind.

Lässt sich gesintertes Siliziumkarbid nach dem Sintern bearbeiten?

Ingenieure können SSiC nur mit Diamantschleif- oder -Läppwerkzeugen bearbeiten – herkömmliche Schneidwerkzeuge sind hierfür ungeeignet. Daher ist eine Bearbeitung nach dem Sintern zwar möglich, jedoch aufgrund der hohen Werkzeugkosten und der geringen Materialabtragsraten mit höheren Kosten verbunden. Stattdessen werden die Bauteile üblicherweise bereits vor dem Sintern in einer nahezu endkonturierten Form konstruiert, sodass nach dem Brennen nur noch ein Feinschliff erforderlich ist. So nimmt beispielsweise Sialon Ceramics Kundenzeichnungen entgegen und fertigt standardmäßig in nahezu endkonturierter Form.

In welchen Branchen werden gesinterte Siliziumkarbid-Bauteile eingesetzt?

Die wichtigsten Branchen sind die chemische Verarbeitung und die Nichteisenmetallurgie. In der chemischen Verarbeitung wird SSiC insbesondere in Pumpendichtungen, Ventilkomponenten und Wärmetauscherrohren eingesetzt. In der Nichteisenmetallurgie wird es hingegen für Schutzrohre von Thermoelementen in geschmolzenem Kupfer, Messing und Gusseisen sowie für Tiegel zum Schmelzen von Gold, Silber und Aluminium verwendet. Darüber hinaus gehören die Halbleiterfertigung (Waferbearbeitungsanlagen, Komponenten für Diffusionsöfen) sowie der Bergbau und die Zellstoff- und Papierindustrie (verschleißfeste Pumpen- und Schlammförderkomponenten) zu den Hauptabnehmern. Zu den aufkommenden Anwendungsbereichen zählen zudem SSiC-Öfen zur CO₂-Abscheidung aus Meerwasser.