Prakt. Met. Sonderband 41 (2009) 225
eigneter PVD- Korrosionsverhalten von Siliziumkarbid in Gleitbeanspruchung unter
ı Temperaturen Wasserschmierung
der Ergebnisse
ie makroskopi-
M-Proben einer 0. Krummhauer'”, V Presser’, A. Kailer!, K.G. Nickel?
rmationen zum
‘erkstoffs durch ! Fraunhofer-Institut fiir Werkstoffmechanik IWM, Woehlerstrasse 11, 79108 Freiburg
? Eberhard-Karls-Universitit, Institute for Geoscience, Applied Mineralogy, Wilhelmstr. 56, 72074 Tiibingen
* Korrespondierender Author: oliver. krummhauer @iwm.fraunhofer.de
1. Einleitung
Polykristalline Siliziumkarbid-Keramiken (SiC) zeigen sehr gute Gleit- und VerschleiBeigenschaf-
ten in wassriger Umgebung. Die hohe Korrosions- und VerschleiBfestigkeit sowie die sehr guten
mechanischen Eigenschaften in Verbindung mit sehr geringen Reibungskoeffizienten in gleitender
Beanspruchung qualifizieren dieses Material als idealen Werkstoff fiir Gleitringdichtungen. Der
! Einsatz von SiC als Gleitringdichtungssystem ist seit Langem Standard in Pumpen und bringt viele
Vorteile mit sich. Die sehr guten mechanischen Eigenschaften und die chemische Widerstandsfä-
higkeit, sowie geringe Materialkosten übertreffen alle vergleichbaren Werkstoffsysteme. Die Gleit-
und Verschleißeigenschaften von SiC sind tribochemischen Mechanismen unterworfen. Die Aus-
bildung von Reaktionsschichten zwischen eigengepaarten SiC Bauteilen in wässriger Umgebung
sind mechanochemisch induzierte Reaktionsprodukte von SiC und Wasser. Häufig werden den ge-
bildeten Reaktionsschichten reibmindernde Eigenschaften zugesprochen. Die Ausbildung von tri-
ieren aus einer bochemischen Reaktionsschichten hingt sowohl von thermodynamischen, als auch von mechani-
t der Klinik fur schen Faktoren ab. Die Umgebungsbedingungen, abhingig von der Belastung, der Gleitgeschwin-
VI. Stiesch) der digkeit und den Reibungsbedingungen fiihren zur Zersetzung und Korrosion von SiC im Gleitkon-
des Sonderfor- takt. Es ist bekannt, dass die Oberflichen dabei einem tribochemischen Einglittungsprozess unter-
nken die Auto- worfen sind. Die folgenden Reaktionsgleichungen beschreiben mögliche Reaktionen in Abhiingig-
keit der Temperatur in wässriger Umgebung auf tribologisch belasteten SiC Oberflächen. Im Tem-
ıniz Universität peraturbereich unterhalb 300°C verhält sich SiC gemäß Gleichung 1. Das Silizium der Verbindung
unterliegt der Oxidation, während der Kohlenstoff als elementare Phase abgeschieden wird. In
Temperaturbereichen oberhalb 300°C wird auch der Kohlenstoff, gemäß Gleichung 2 zu CO, oxi-
diert.
T < 300°C SiC +2 H,O = SiO; + C + 2H; (1)
T>300°C 2SiC +4 H,0 = SiO; + CO; + 4H, (2)
Die gebildeten Oxidschichten unterliegen einer weiteren Reaktion mit dem umgebenden Wasser.
Abhängig von der vorhandenen Salzkonzentration und dem pH-Wert des Mediums erfolgt die Lö-
sung der gebildeten Oxidschichten nach folgender Reaktionsgleichung (3).
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