Процес приготування SiC кераміки

Кераміка з карбіду кремніює одними з найбільш широко використовуваних матеріалів у конструкційній кераміці. Завдяки відносно низькому тепловому розширенню, високій питомій міцності, високій теплопровідності та твердості, зносостійкості та стійкості до корозії, а головне, здатності зберігати хороші характеристики навіть при температурах до 1650°C, карбідокремнієва кераміка широко використовується в різних галузях.

Загальні методи спікання кераміки з карбіду кремнію включають: спікання без тиску, реакційне спікання та рекристалізаційне спікання.

1. Реакційно-спечений SiC (RBSiC)

Реакційне спікання включає змішування джерела вуглецю з порошком карбіду кремнію, формування пресування, а потім пропускання рідкого кремнію в пресування при високій температурі та реакцію з вуглецем з утворенням β-SiC, досягаючи ущільнення. Він демонструє майже нульову усадку, що робить його придатним для великих і складних деталей. Він також може похвалитися низькою температурою спікання та низькою вартістю, але вільний кремній може знизити продуктивність при високій температурі.

Реакційно спечений SiC є надзвичайно привабливою конструкційною керамікою з чудовими механічними властивостями, такими як висока міцність, стійкість до корозії та стійкість до окислення. Крім того, він має низьку температуру спікання, низьку вартість спікання та формування майже чистої форми.

Процес реакційного спікання простий. Він передбачає змішування джерела вуглецю та порошку SiC для приготування необробленого тіла, а потім під дією високотемпературної капілярної сили проникнення розплавленого кремнію в пористе необроблене тіло. Цей розплавлений кремній реагує з джерелом вуглецю всередині зеленого тіла, утворюючи фазу β-SiC, яка одночасно міцно зв’язується з вихідним α-SiC. Решта пори заповнюються розплавленим кремнієм, таким чином досягається ущільнення керамічного матеріалу. Під час спікання розмір зменшується, досягаючи майже чистої форми, що дозволяє виготовляти складні форми за потреби. Тому його широко використовують у промисловому виробництві різних керамічних виробів.

З точки зору застосувань, високотемпературні меблеві матеріали для печей, радіаційні труби, теплообмінники та форсунки для десульфуризації є типовими застосуваннями реакційно спеченої кераміки з карбіду кремнію. Крім того, завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення карбіду кремнію, високому модулю пружності та властивостям формування майже чистої форми карбід кремнію, спечений реакцією, також є ідеальним матеріалом для космічних дзеркал. Крім того, зі збільшенням розміру пластини та температури термічної обробки кварцове скло поступово замінює карбід кремнію, спечений реакцією. Компоненти карбіду кремнію високої чистоти (SiC), що містять часткову фазу кремнію, можна виготовити з використанням порошку карбіду кремнію високої чистоти та кремнію високої чистоти. Ці компоненти широко використовуються в опорних пристроях для обладнання для виробництва електронних трубок і напівпровідникових пластин.

2. SiC (SSiC), спечений без тиску

Спікання без тиску поділяється на твердофазне та рідкофазне спікання: твердофазне спікання з додаванням B/C добавок забезпечує дифузійне ущільнення твердої фази за високих температур, що призводить до гарних високотемпературних характеристик, але укрупнення зерна. При спіканні в рідкій фазі використовуються добавки, такі як Al2O3-Y2O3, для утворення рідкої фази, що знижує температуру, що призводить до більш дрібних зерен і вищої міцності. Ця технологія є недорогою, допускає різні форми та підходить для точних структурних компонентів, таких як ущільнювальні кільця, підшипники та куленепробивна броня.

Спікання без тиску вважається найбільш перспективним методом спікання SiC. Цей метод адаптований до різних процесів формування, має нижчу вартість виробництва, не обмежений формою чи розміром і є найпоширенішим і найпростішим методом спікання для масового виробництва.

Спікання без тиску передбачає додавання бору та вуглецю до β-SiC, що містить сліди кисню, і спікання при температурі близько 2000 ℃ в інертній атмосфері для отримання спеченого тіла з карбіду кремнію з теоретичною щільністю 98%. Цей метод зазвичай має два підходи: спікання в твердому стані та спікання в рідкому стані. Твердотільний спечений карбід кремнію без тиску демонструє високу щільність і чистоту, і, зокрема, він має унікальну високу теплопровідність і чудову високотемпературну міцність, що дозволяє легко переробляти його в керамічні пристрої великого розміру та складної форми.

Спечені без тиску вироби з карбіду кремнію: (a) керамічні ущільнення; (b) керамічні підшипники; (c) куленепробивні пластини

З точки зору застосувань, спікання SiC без тиску є простим в експлуатації, помірно рентабельним і підходить для масового виробництва керамічних деталей різних форм. Він широко використовується в зносостійких і корозійно-стійких ущільнювальних кільцях, підшипниках ковзання тощо. Крім того, спечена без тиску кераміка карбіду кремнію широко використовується в куленепробивній броні, наприклад, для захисту транспортних засобів і кораблів, а також цивільних сейфів і броньованих вантажівок, завдяки своїй високій твердості, низькій питомій вазі, хорошим балістичним характеристикам, здатності поглинати більше енергії після поломки та низька вартість. Будучи куленепробивним броньовим матеріалом, він демонструє чудову стійкість до багатьох ударів, а його загальний захисний ефект перевершує звичайну карбідокремнієву кераміку. При використанні в легкій циліндричній керамічній захисній броні її точка руйнування може досягати понад 65 тонн, демонструючи значно кращі захисні характеристики, ніж циліндрична керамічна захисна броня, яка використовує звичайну кераміку з карбіду кремнію.

3. Перекристалізована спечена SiC кераміка (R-SiC)

Рекристалізаційне спікання включає сортування грубих і дрібних частинок SiC і обробку при високій температурі. Дрібні частинки випаровуються і конденсуються на горловині грубих частинок, утворюючи мостову структуру без зернограничних домішок. Продукт має пористість 10-20%, хорошу теплопровідність і стійкість до термоударів, але низьку міцність. Він не має об'ємної усадки і підходить для пористих меблів для печей тощо.

Технологія рекристалізаційного спікання привернула широку увагу, оскільки вона не потребує додавання допоміжних речовин для спікання. Рекристалізаційне спікання є найпоширенішим методом виготовлення великомасштабних керамічних пристроїв з SiC надвисокої чистоти. Процес приготування рекристалізованої спеченої кераміки SiC (R-SiC) полягає в наступному: грубі та дрібні порошки SiC із різними розмірами частинок змішуються в певній пропорції та готуються до сирих заготовок за допомогою таких процесів, як шликерне лиття, формування та екструзія. Потім зелені заготовки обпалюють при високій температурі 2200~2450 ℃ в інертній атмосфері. Нарешті, дрібні частинки поступово випаровуються в газову фазу і конденсуються в точках контакту з грубими частинками, утворюючи R-SiC кераміку.

R-SiC утворюється при високих температурах і має поступальну твердість після алмазу. Він зберігає багато чудових властивостей SiC, таких як висока міцність при високій температурі, висока стійкість до корозії, чудова стійкість до окислення та хороша стійкість до термічного удару. Таким чином, це ідеальний матеріал-кандидат для меблів для високотемпературних печей, теплообмінників або форсунок для горіння. В аерокосмічній та військовій галузях перекристалізований карбід кремнію використовується для виготовлення структурних компонентів аерокосмічних апаратів, таких як двигуни, хвостове оперення та фюзеляжі. Завдяки чудовим механічним властивостям, стійкості до корозії та ударостійкості він може значно покращити продуктивність і термін служби аерокосмічних апаратів.

Semicorex пропонує індивідуальні пропозиціїПродукти SiC. Якщо у вас є запитання або вам потрібна додаткова інформація, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.
Контактний телефон +86-13567891907
Електронна адреса: sales@semicorex.com