Študija o reakcijsko sintrani SiC keramiki in njihovih lastnostih

Zakaj je silicijev karbid pomemben?

Silicijev karbid (SiC) je spojina, ki jo tvorijo kovalentne vezi med atomi silicija in ogljika, znan po svoji odlični odpornosti proti obrabi, odpornosti proti toplotnim udarcem, odpornosti proti koroziji in visoki toplotni prevodnosti. Široko se uporablja v vesoljski, strojni proizvodnji, petrokemični industriji, taljenju kovin in elektronski industriji, zlasti za izdelavo delov, odpornih proti obrabi, in visokotemperaturnih strukturnih komponent.Reakcijsko sintrana keramika iz silicijevega karbidaso med prvimi strukturnimi keramikami, ki so dosegle industrijsko proizvodnjo. Tradicionalnoreakcijsko sintrana keramika iz silicijevega karbidaso narejeni iz silicijevega karbida v prahu in majhne količine ogljikovega prahu z visokotemperaturnim infiltracijskim sintranjem silicija, ki zahteva dolge čase sintranja, visoke temperature, visoko porabo energije in visoke stroške. Z vse večjo uporabo tehnologije reakcijsko sintranega silicijevega karbida tradicionalne metode ne zadoščajo za zadovoljitev industrijskega povpraševanja po kompleksnih oblikahsilicijeva karbidna keramika.

Kakšni so nedavni napredki vReakcijsko sintran silicijev karbid?

Nedavni napredek je pripeljal do proizvodnje visoko gostote in visoke upogibne trdnostisilicijeva karbidna keramikaz uporabo prahu silicijevega karbida nano velikosti, kar bistveno izboljša mehanske lastnosti materiala. Vendar pa visoka cena prahu silicijevega karbida nano velikosti, katerega cena je več kot deset tisoč dolarjev na tono, ovira obsežno uporabo. Pri tem delu smo uporabili široko dostopno lesno oglje kot vir ogljika in silicijev karbid mikronske velikosti kot agregat, pri čemer smo za pripravo uporabili tehnologijo drsnega litjareakcijsko sintrana keramika iz silicijevega karbidazelena telesa. Ta pristop odpravlja potrebo po predhodnem sintetiziranju prahu silicijevega karbida, zmanjšuje proizvodne stroške in omogoča izdelavo velikih tankostenskih izdelkov kompleksne oblike, kar zagotavlja referenco za izboljšanje delovanja in uporabereakcijsko sintrana keramika iz silicijevega karbida.

Katere surovine so bile uporabljene?

Surovine, uporabljene v poskusu, vključujejo:

Silicijev karbid s srednjo velikostjo delcev (d50) 3,6 μm in čistostjo (w(SiC)) ≥ 98 %

Saje s srednjo velikostjo delcev (d50) 0,5 μm in čistostjo (w©) ≥ 99 %

Grafit s srednjo velikostjo delcev (d50) 10 μm in čistočo (w©) ≥ 99 %

Disperzijska sredstva: polivinilpirolidon (PVP) K30 (K vrednost 27-33) in K90 (K vrednost 88-96)

Reduktor vode: polikarboksilat CE-64

Sredstvo za sprostitev: AO

Deionizirana voda

Kako je bil izveden poskus?

Poskus je bil izveden na naslednji način:

Mešanje surovin v skladu s tabelo 1 z električnim mešalnikom 4 ure, da dobimo enakomerno mešano brozgo.

Z ohranjanjem viskoznosti gošče ≤ 1000 mPa·s smo mešano goščo vlili v pripravljene mavčne kalupe za drsno litje in pustili, da dehidrira skozi mavčne kalupe 2-3 minute, da so nastala zelena telesa.

Zelena telesa smo postavili na hladno mesto za 48 ur, nato jih odstranili iz kalupov in sušili v vakuumski sušilnici pri 80 °C 4-6 ur.

Degumiranje zelenih teles je bilo izvedeno v mufelni peči pri 800 °C 2 uri, da smo dobili predoblike.

Predoblike so bile vstavljene v mešani prah saj, silicijevega prahu in borovega nitrida v masnem razmerju 1:100:2000 in sintrane v peči pri 1720 °C 2 uri, da smo dobili popolnoma fino praškasto keramiko iz silicijevega karbida. .

Katere metode so bile uporabljene za testiranje delovanja?

Testiranje delovanja je vključevalo:

Merjenje viskoznosti gošče pri različnih časih mešanja (1-5 ur) z uporabo rotacijskega viskozimetra pri sobni temperaturi.

Merjenje prostorninske gostote predoblik v skladu z nacionalnim standardom GB/T 25995-2010.

Merjenje upogibne trdnosti sintranih vzorcev pri 1720 °C v skladu z GB/T 6569-2006 z dimenzijami vzorca 3 mm × 4 mm × 36 mm, razponom 30 mm in hitrostjo obremenitve 0,5 mm·min^-1 .

Analiza fazne sestave in mikrostrukture sintranih vzorcev pri 1720 °C z uporabo XRD in SEM.

Kako čas mešanja vpliva na viskoznost gošče, prostorninsko gostoto predoblika in navidezno poroznost?

Sliki 1 oziroma 2 prikazujeta razmerje med časom mešanja in viskoznostjo gošče za vzorec 2# ter razmerje med časom mešanja in prostorninsko gostoto predoblike ter navidezno poroznostjo.

Slika 1 kaže, da se s podaljševanjem časa mešanja viskoznost zmanjšuje in doseže najmanj 721 mPa·s po 4 urah in se nato stabilizira.

Slika 2 prikazuje, da ima vzorec 2# največjo prostorninsko gostoto 1,47 g·cm^-3 in najmanjšo navidezno poroznost 32,4 %. Nižja viskoznost povzroči boljšo disperzijo, kar vodi do bolj enotne in izboljšane brozgekeramika iz silicijevega karbidauspešnosti. Nezadosten čas mešanja povzroči neenakomerno mešanje finega prahu silicijevega karbida, medtem ko predolg čas mešanja izhlapi več vode, kar destabilizira sistem. Optimalen čas mešanja za pripravo fino zmlete keramike iz silicijevega karbida je 4 ure.

Tabela 2 navaja viskoznost gošče, prostorninsko gostoto predoblikovanca in navidezno poroznost vzorca 2# z dodanim grafitom in vzorca 6# brez dodanega grafita. Dodatek grafita zmanjša viskoznost gošče, poveča prostorninsko gostoto predoblikovanca in zmanjša navidezno poroznost zaradi mazalnega učinka grafita, kar ima za posledico boljšo disperzijo in povečano gostoto popolnoma finega prahu.silicijeva karbidna keramika. Brez grafita ima gošča višjo viskoznost, slabšo disperzijo in stabilnost, zaradi česar je potreben dodatek grafita.

Slika 3 prikazuje prostorninsko gostoto predoblike in navidezno poroznost vzorcev z različnimi vsebnostmi saj. Vzorec 2# ima največjo prostorninsko gostoto 1,47 g·cm^-3 in najmanjšo navidezno poroznost 32,4 %. Vendar prenizka poroznost ovira infiltracijo silicija.

Slika 4 prikazuje XRD spektre predoblik vzorca 2# in sintranih vzorcev pri 1720 °C. Predoblike vsebujejo grafit in β-SiC, medtem ko sintrani vzorci vsebujejo Si, β-SiC in α-SiC, kar kaže, da se je nekaj β-SiC preoblikovalo v α-SiC pri visokih temperaturah. Sintrani vzorci kažejo tudi povečano vsebnost silicija in zmanjšano vsebnost C zaradi visokotemperaturne infiltracije silicija, kjer Si reagira s C, da tvori SiC in zapolni pore.

Slika 5 prikazuje morfologijo zloma različnih predoblik vzorcev. Slike razkrivajo fin silicijev karbid, grafit in pore. Vzorci 1#, 4# in 5# imajo večje faze kosmičev in bolj neenakomerno porazdeljene pore zaradi neenakomernega mešanja, kar ima za posledico nizko gostoto predoblike in visoko poroznost. Vzorec 2# s 5,94 % (w) saj kaže optimalno mikrostrukturo.

Slika 6 prikazuje morfologijo loma vzorca 2# po sintranju pri 1720 °C, ki prikazuje tesno in enakomerno porazdeljene delce silicijevega karbida z minimalno poroznostjo. Rast delcev silicijevega karbida je posledica visokotemperaturnih učinkov. Med prvotnimi okostnimi delci SiC iz reakcijskega sintranja so vidni tudi manjši na novo oblikovani delci SiC, pri čemer nekaj preostalega Si zapolni prvotne pore, kar zmanjša koncentracijo napetosti, vendar lahko zaradi nizkega tališča vpliva na delovanje pri visokih temperaturah. Sintrani izdelek ima prostorninsko gostoto 3,02 g·cm^-3 in upogibno trdnost 580 MPa, več kot dvakratno trdnost običajnegareakcijsko sintran silicijev karbid.

Sklepi

Optimalen čas mešanja za mešanico, ki se uporablja za pripravo popolnoma finega prahusilicijeva karbidna keramikaje 4 ure. Dodajanje grafita zmanjša viskoznost brozge, poveča prostorninsko gostoto predoblikovanca in zmanjša navidezno poroznost, s čimer se poveča gostota popolnoma finega prahu.silicijeva karbidna keramika.

Optimalna vsebnost saj za pripravo popolnoma fino uprašene keramike iz silicijevega karbida je 5,94 % (w).

Sintrani delci silicijevega karbida so tesno in enakomerno porazdeljeni z minimalno poroznostjo, kar kaže trend rasti. Gostota sintranega izdelka je 3,02 g·cm^-3, upogibna trdnost pa je 580 MPa, kar bistveno izboljša mehansko trdnost in gostoto popolnoma finega prahusilicijeva karbidna keramika.**

V podjetju Semicorex smo specializirani zaSiC keramikain drugih keramičnih materialov, ki se uporabljajo v proizvodnji polprevodnikov, če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktni telefon: +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com