Siliziumcarbit ist nicht leitfähig, Dichtungen aus dem Halbmetall sind folglich isolierfähig.

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Material für Dichtungen Siliziumcarbid für mehr Stabilität

30.08.2018

Das Dichtungsmaterial kann entscheiden, ob eine Anlage gut arbeitet. Ein Schlagwort in diesem Zusammenhang ist Beständigkeit. Siliziumcarbid-gefüllte PTFE-Dichtungen härten bei hohen Temperaturen nicht aus und weisen eine hohe Druckstandfestigkeit und Medienbeständigkeit auf.

Eigentlich ist ein Schmelzofen eine bekannte technische Anlage – aber wenn es um das Schmelzen von Silizium geht, wird alles etwas komplexer: Die typischen Rohstoffe Quarzit und Quarzsand geben das gebundene Silizium (als SiO2 vorhanden) nicht gerne frei. Das Silizium muss regelrecht mit brachialer Gewalt aus der chemischen Verbindung gerissen werden. Dazu sind Temperaturen von über 2000 °C nötig, die durch elektrische Lichtbogenöfen bei niedrigen Spannungen, aber mit hohen Stromstärken erzeugt werden. So kann der Sauerstoff aus der Verbindung reduziert werden.

Das entstehende Rohsilizium oder auch metallurgische Silizium wird für die Legierung von Stahlschmelzen verwendet und ist auch ein Ausgangsstoff für hochreines Silizium in der Solarindustrie und Mikroelektronik. Der entstehende staubförmige Anteil (beispielsweise Microsilica) wird zur Verbesserung von einzelnen Betonsorten genutzt, unter anderem stabilisiert man damit Bohrlöcher bei der Erdöl- und Gasgewinnung.

Beitrag zur Rückgewinnung

Das Produktionsverfahren ist jedoch energieintensiv, es entstehen erhebliche Mengen an Abwärme. Um diese sinnvoll zu nutzen, werden Dampferzeuger zur Stromerzeugung eingesetzt. Ein Hersteller von Rohsilizium konnte dadurch etwa 180 Gigawattstunden pro Jahr erzeugen, dies entspricht im Energieverbrauch einem Äquivalent von etwa 12.000 Haushalten.

Das Anspruchsvolle dabei: Ein Teil der Rohrleitungen des Dampferzeugers muss elektrisch isoliert sein. Denn auch bei einer Isolationsspannung von sechs bis 10 Volt wäre ein elektrischer Kontakt gefährlich. Gleichzeitig liegen die Dampftemperaturen bei etwa 270 °C und die Dampfdrücke bei 50 bis 55 bar. Der übliche Einsatz von Grafit-Dichtungen ist hier aufgrund der Leitfähigkeit des Minerals nicht möglich.

Eine Alternative bietet die PTFE-Dichtung KLINGERtop-chem 2000. Die hohe Druckstandfestigkeit und die gute Isolationswirkung zusammen mit der Eigenschaft, dass das Material selbst bei hohen Temperaturen nicht aushärtet, lassen den Dampferzeuger seit mehr als fünf Jahren sicher laufen. Und das, obwohl Einsatzdruck und -temperatur knapp außerhalb des von Klinger empfohlenen üblichen Einsatzbereichs liegen. Wesentlich für diese Anwendung ist jedoch die Durchschlagfestigkeit. Bei der PTFE-Dichtung beträgt sie etwa 3600 V/mm und ist somit mehr als ausreichend für die Anwendung.

Einsatzbereich erweitert

Ursprünglich waren die Dichtungen lediglich für den Einsatz im Chemie- und Anlagenbau gedacht. Ein weiteres Beispiel für das Thema Energieeffizienz kommt jedoch aus einem ganz anderen Anwendungsfeld: Fernwärme-Verteilerstationen für die Hausversorgung. Das Produkt ist somit auch für die Energieversorgung und den Sanitärbereich geeignet.

Eine Fernwärme-Verteilerstation koppelt aus der Fernwärmeleitung die notwendige Wärmeenergie für die Hausversorgung. Dies geschieht üblicherweise mit Wärmetauschern, die oft als fertige Systeme entsprechend den Anforderungen geliefert werden. Hierbei kommen häufig Verschraubungen mit entsprechenden Flachdichtungen zum Einsatz. Diese Flachdichtungen besitzen allerdings ungünstige Dichtungdicken und -breiten (Verhältnis 2:3 bis 2:7 mm). Für typische Faserweichstoffdichtungen ist dies jedoch kritisch: Ein Verhältnis von 1:10 sollte nicht unterschritten werden, um die Vorteile dieser Dichtungsmaterialien gut nutzen zu können und die Setzbeträge nicht zu hoch werden zu lassen. Grund: Bei Verschraubungen können keine federnden Elemente wie Flanschblätter oder lange Schrauben die Setzbeträge ausgleichen.

Die jährliche Kontrolle aller Verbindungen in den Verteilerstationen bedeutet jedoch einen hohen personellen Einsatz. Dies stellte für einen Fernwärmeanbieter in einer norddeutschen Großstadt ein Problem dar. Die Verteilerstationen waren außerdem alle isoliert; die Schwachstellen, die zusätzlich durch fehlende Montagequalität entstehen können, konnten nicht sofort entdeckt werden. Auch hier stellten sich die Klinger Dichtungen als Alternative heraus. Gegenüber den gefüllten Standard-PTFE-Dichtungsmaterialien, gefüllt mit Siliziumdioxid oder Bariumsulfat, besitzen die Dichtungen von Klinger mit dem Füllstoff Siliziumcarbid (Anteil > 50 Prozent) eine höhere mechanische Stabilität.

Bildergalerie

  • Diese PTFE-Dichtungen haben einen Siliziumcarbid-Füllstoffanteil von mehr als 50 Prozent.

    Bild: Klinger

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