PilotSiC - A new pilot reactor for producing metal bound SiC microparticles for the thermal spray market

Behovet for beleggmaterialer med bedre ytelse og lavere vekt har nesten konstant presset på utviklingen av en teknologi som muliggjør sprøyting av materialer som SiC. NTNU gjorde det mulig å sprøyte SiC ved å belegge hver SiC-partikkel med et beskyttende oksidlag av yttriumaluminiumgranat (YAG) som fungerer som en matrise. YAG forhindret SiC i å dekomponere ved temperaturer over 2500 C, som lett nås under termisk sprøyting. Seram Coatings kommersialiserte denne oppfinnelsen under navnet ThermaSiC siden 2014. ThermaSiC er under kvalifisering i mange forskjellige bransjer (stål- og glassproduksjon, mikroelektronikk, olje og gass, etc) sammen med kunder. Hvis det samme produktet utvikles med en metallmatrise, vil nye belegg dukke opp for en helt ny rekke bruksområder. Ved bruk av en metallmatrise vil nye markedsmuligheter åpnes for de som trenger lav vekt, duktilitet, erosjonsmotstand, termisk/elektrisk ledningsevne og korrosjonsmotstand, men også de nyere og etterspurte katodematerialene for brenselceller. Et typisk eksempel er WC-Co(Cr) materialet, som dekker det meste cermet-markedet for termisk sprøyting som industri. Wolframkarbid (WC) ikke tåler aggressive kjemiske miljøer og temperaturer høyere enn 500 ceclius. Derfor har SiC vært ønsker i lang tid av industri som jobber med termisk sprøyting på grunn av sin utmerkede kjemiske motstand, varmeledningsevne, termisk utvidelseskoeffisient, elektrisk ledningsevne osv. Seram Coatings lyktet med å utvikle et metallbundet SiC-komposittmateriale i laboratorieskala i 2016 som ble patentsøkt i 2017. PilotSiC-prosjektet vil validere et design for prototypereaktor for å oppnå en pilotproduksjon av metallbundet SiC-pulver for å videre kvalifisere produktet hos kundene. Den vellykkede realiseringen av dette prosjektet vil representere et stort skritt for Seram Coatings som et selskap i oppskalering, ved å åpne en ny pilotlinje for Serams produkt nummer to.

This project has been set up with the aim at solving a very relevant industrial problem for the thermal spray market (i.e. coating industry): the production of a ceramic-metallic feedstock material for thermal spray containing silicon carbide (SiC). This is a very challenging process because SiC has very low wettability with most engineering (transition) metals such as iron, nickel, cobalt, chromium, and their alloys. A larger part of the thermal spray market needs feedstock materials consisting of ceramic particles with metal binders in order to bring ductility, toughness, erosion resistance, and corrosion resistance. A great example is the widely used WC-Co(Cr) feedstock material for thermal spray. This material takes most of the thermal spray ceramic-metallic coatings market and it is present in many applications were toughness is required due to complex geometries, bending movements and harsh chemical environments (e.g. aerospace, automotive, civil infrastructures, machinery, etc). The main drawback of these coatings are that tungsten carbide (WC) cannot withstand most aggressive chemical environments, temperatures higher than 500 C, wear of diamond like materials, etc. Also the raw materials used in WC-based coatings originate in many cases from doubtful sources with respect to ethical practices in industry. Therefore, SiC has been sought for a long time due to its excellent chemical resistance, thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, electrical conductivity, etc, and also due to its more ethical production sources. These properties are currently lacking in the current ceramic-metallic thermal spray materials and would be necessary to cover in order to improve the efficiency and performance of many engineering components. At Seram Coatings we are developing a prototype reactor capable to produce metal-bound SiC powder for thermal spray. This unique reactor is in the development phase and needs piloting and testing to reach the commercial phase.