Postopek priprave SiC keramike

Keramika iz silicijevega karbidaso med najbolj razširjenimi materiali v konstrukcijski keramiki. Keramika iz silicijevega karbida se zaradi sorazmerno nizkega toplotnega raztezanja, visoke specifične trdnosti, visoke toplotne prevodnosti in trdote, odpornosti proti obrabi in odpornosti proti koroziji ter, kar je najpomembnejše, sposobnosti ohranjanja dobrih lastnosti tudi pri temperaturah do 1650 °C, pogosto uporablja na različnih področjih.

Običajne metode sintranja za keramiko iz silicijevega karbida vključujejo: breztlačno sintranje, reakcijsko sintranje in rekristalizacijsko sintranje.

1. Reakcijsko sintran SiC (RBSiC)

Reakcijsko sintranje vključuje mešanje vira ogljika s prahom silicijevega karbida, tvorbo zgoščenke in nato dovolitev, da se tekoči silicij infiltrira v zgoščenko pri visoki temperaturi in reagira z ogljikom, da nastane β-SiC, s čimer se doseže zgostitev. Ima skoraj nič krčenja, zaradi česar je primeren za velike in kompleksne dele. Ponaša se tudi z nizko temperaturo sintranja in nizkimi stroški, vendar lahko prosti silicij zmanjša učinkovitost pri visokih temperaturah.

Reakcijsko sintran SiC je zelo privlačna strukturna keramika z odličnimi mehanskimi lastnostmi, kot so visoka trdnost, odpornost proti koroziji in odpornost proti oksidaciji. Poleg tega ima nizko temperaturo sintranja, nizke stroške sintranja in oblikovanje skoraj neto oblike.

Postopek reakcijskega sintranja je preprost. Vključuje mešanje vira ogljika in prahu SiC za pripravo zelenega telesa, nato pa pod visokotemperaturno kapilarno silo infiltracijo staljenega silicija v porozno zeleno telo. Ta staljeni silicij reagira z virom ogljika v zelenem telesu in tvori fazo β-SiC, ki se hkrati tesno veže na prvotni α-SiC. Preostale pore zapolnimo s staljenim silicijem in tako dosežemo zgostitev keramičnega materiala. Med sintranjem se velikost zmanjša, s čimer se doseže skoraj mrežasta oblika, kar omogoča izdelavo kompleksnih oblik po potrebi. Zato se pogosto uporablja v industrijski proizvodnji različnih keramičnih izdelkov.

Kar zadeva aplikacije, so visokotemperaturni pohištveni materiali za peči, sevalne cevi, toplotni izmenjevalniki in šobe za razžveplanje tipične uporabe reakcijsko sintrane keramike iz silicijevega karbida. Poleg tega je zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja silicijevega karbida, visokega modula elastičnosti in značilnosti oblikovanja skoraj neto oblike reakcijsko sintran silicijev karbid tudi idealen material za vesoljska ogledala. Poleg tega s povečanjem velikosti rezin in temperature toplotne obdelave reakcijsko sintran silicijev karbid postopoma nadomešča kremenčevo steklo. Komponente silicijevega karbida visoke čistosti (SiC), ki vsebujejo delno silicijevo fazo, je mogoče proizvesti z uporabo prahu silicijevega karbida visoke čistosti in silicija visoke čistosti. Te komponente se pogosto uporabljajo v podpornih napravah za opremo za proizvodnjo elektronskih cevi in ​​polprevodniških rezin.

2. Breztlačno sintran SiC (SSiC)

Breztlačno sintranje delimo na sintranje v trdni fazi in sintranje v tekoči fazi: sintranje v trdni fazi z dodatkom B/C aditivov doseže trdno fazno difuzijsko zgostitev pri visokih temperaturah, kar ima za posledico dobro delovanje pri visokih temperaturah, vendar grobljenje zrn. Sintranje v tekoči fazi uporablja dodatke, kot je Al2O3-Y2O3, za tvorbo tekoče faze, ki zniža temperaturo, kar ima za posledico drobnejša zrna in večjo žilavost. Ta tehnologija je poceni, omogoča različne oblike in je primerna za natančne strukturne komponente, kot so tesnilni obroči, ležaji in neprebojni oklepi.

Breztlačno sintranje velja za najbolj obetavno metodo sintranja SiC. Ta metoda je prilagodljiva različnim procesom preoblikovanja, ima nižje proizvodne stroške, ni omejena z obliko ali velikostjo in je najpogostejša in najlažja metoda sintranja za masovno proizvodnjo.

Breztlačno sintranje vključuje dodajanje bora in ogljika v β-SiC, ki vsebuje sledove kisika, in sintranje pri približno 2000 ℃ v inertni atmosferi, da dobimo sintrano telo iz silicijevega karbida z 98-odstotno teoretično gostoto. Ta metoda ima na splošno dva pristopa: sintranje v trdnem stanju in sintranje v tekočem stanju. Breztlačni polprevodniški sintrani silicijev karbid ima visoko gostoto in čistost, še posebej pa ima edinstveno visoko toplotno prevodnost in odlično visokotemperaturno trdnost, zaradi česar je enostavno obdelati v keramične naprave velikih velikosti in kompleksnih oblik.

Breztlačno sintrani izdelki iz silicijevega karbida: (a) keramična tesnila; (b) keramični ležaji; (c) neprebojne plošče

Z vidika uporabe je breztlačno sintranje SiC preprosto za uporabo, zmerno stroškovno učinkovito in primerno za množično proizvodnjo keramičnih delov različnih oblik. Široko se uporablja v tesnilnih obročih, odpornih proti obrabi in koroziji, drsnih ležajih itd. Poleg tega se breztlačna sintrana keramika iz silicijevega karbida pogosto uporablja v neprebojnih oklepih, na primer za zaščito vozil in ladij, pa tudi v civilnih sefih in oklepnih tovornjakih, zaradi svoje visoke trdote, nizke specifične teže, dobre balistične zmogljivosti, sposobnosti absorbiranja več energije po zlomu in nizki stroški. Kot neprebojni oklepni material izkazuje odlično odpornost na večkratne udarce, njegov splošni zaščitni učinek pa je boljši od običajne keramike iz silicijevega karbida. Pri uporabi v lahkem cilindričnem keramičnem zaščitnem oklepu lahko njegova točka zloma doseže več kot 65 ton, kar dokazuje bistveno boljšo zaščitno učinkovitost kot cilindrični keramični zaščitni oklep z uporabo običajne keramike iz silicijevega karbida.

3. Rekristalizirana sintrana SiC keramika (R-SiC)

Rekristalizacijsko sintranje vključuje razvrščene grobe in fine delce SiC ter visokotemperaturno obdelavo. Drobni delci izhlapijo in kondenzirajo na vratu grobih delcev ter tvorijo premostitveno strukturo brez nečistoč na mejah zrn. Izdelek ima poroznost 10-20%, dobro toplotno prevodnost in odpornost na toplotni udar, vendar nizko trdnost. Nima volumskega krčenja in je primeren za porozno pohištvo itd.

Tehnologija rekristalizacijskega sintranja je pritegnila široko pozornost, ker ne zahteva dodajanja sintralnih pripomočkov. Rekristalizacijsko sintranje je najpogostejša metoda za pripravo velikih SiC keramičnih naprav ultravisoke čistosti. Postopek priprave rekristalizirane sintrane keramike SiC (R-SiC) je naslednji: grobi in fini prah SiC različnih velikosti delcev se zmešajo v določenem razmerju in pripravijo v zelene surovce s postopki, kot so drsno litje, oblikovanje in ekstrudiranje. Nato se zeleni surovci žgejo pri visoki temperaturi 2200 ~ 2450 ℃ v inertni atmosferi. Končno drobni delci postopoma izhlapevajo v plinasto fazo in kondenzirajo na stičnih točkah z grobimi delci ter tvorijo keramiko R-SiC.

R-SiC nastane pri visokih temperaturah in ima drugo trdoto takoj za diamantom. Ohranja številne odlične lastnosti SiC, kot so visoka trdnost pri visokih temperaturah, močna odpornost proti koroziji, odlična odpornost proti oksidaciji in dobra odpornost na toplotni udar. Zato je idealen material za pohištvo visokotemperaturne peči, toplotne izmenjevalnike ali zgorevalne šobe. V letalstvu in vojski se prekristaliziran silicijev karbid uporablja za izdelavo strukturnih komponent vesoljskih vozil, kot so motorji, repni plavuti in trupi. Zaradi svojih vrhunskih mehanskih lastnosti, odpornosti proti koroziji in odpornosti na udarce lahko močno izboljša zmogljivost in življenjsko dobo vesoljskih vozil.

Semicorex ponuja prilagojeneSiC izdelki. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.
Kontaktna telefonska številka +86-13567891907
E-pošta: sales@semicorex.com