Чому варто вибрати спікання без тиску для підготовки SiC кераміки?

Кераміка з карбіду кремнію (SiC)., відомі своєю високою твердістю, високою міцністю, стійкістю до високих температур і стійкістю до корозії, знаходять широке застосування в аерокосмічній, нафтохімічній промисловості та промисловості інтегральних схем. З огляду на те, що більшість продуктів SiC є продуктами з високою доданою вартістю, ринковий потенціал є значним, привертає значну увагу з різних країн і стає центром дослідження матеріалознавства. Однак надвисока температура синтезу та труднощі досягнення щільного спікання SiC кераміки обмежили їх розвиток. Процес спікання має вирішальне значення для SiC кераміки.

Як порівнюють методи спікання: реакційне спікання проти спікання без тиску?

SiC, як сполука з міцними ковалентними зв’язками, демонструє низькі швидкості дифузії під час спікання завдяки своїм структурним характеристикам, які забезпечують високу твердість, високу міцність, високу температуру плавлення та стійкість до корозії. Це вимагає використання спікаючих добавок і зовнішнього тиску для досягнення ущільнення. В даний час як реакційне спікання, так і спікання SiC без тиску досягли значного прогресу в дослідженнях і промисловому застосуванні.

Процес реакції спікання дляSiC керамікаце техніка спікання, яка має майже чисту форму, що характеризується мінімальною усадкою та зміною розміру під час спікання. Він пропонує такі переваги, як низькі температури спікання, щільні структури продукту та низькі витрати на виробництво, що робить його придатним для виготовлення великих керамічних виробів із SiC складної форми. Однак процес має недоліки, включаючи складну початкову підготовку зеленого тіла та потенційне забруднення побічними продуктами. Додатково діапазон робочих температур реакції спеканняSiC керамікаобмежений вмістом вільного Si; вище 1400 °C міцність матеріалу швидко знижується внаслідок плавлення вільного Si.

Типові мікроструктури кераміки SiC, спеченої при різних температурах

Технологія безнапірного спікання для SiC добре запроваджена, її переваги включають можливість використання різних процесів формування, подолання обмежень на форму та розмір продукту та досягнення високої міцності та в’язкості за допомогою відповідних добавок. Крім того, спікання без тиску є простим і придатним для масового виробництва керамічних компонентів різних форм. Однак він дорожчий, ніж SiC, спечений реакцією, через вищу вартість використовуваного порошку SiC.

Спікання без тиску в основному включає твердофазне та рідкофазне спікання. Порівняно з твердофазним спеченим SiC без тиску, реакційно спечений SiC демонструє погані високотемпературні характеристики, особливо через міцність на вигинSiC керамікарізко падає вище 1400°C, і вони мають погану стійкість до сильних кислот і лугів. І навпаки, твердофазне спекання без тискуSiC керамікадемонструють чудові механічні властивості при високих температурах і кращу стійкість до корозії в сильних кислотах і основах.

Технологія виготовлення реакційно зв'язаного SiC

Які дослідницькі розробки в технології спікання без тиску?

Твердофазне спікання: твердофазне спіканняSiC керамікавключає високі температури, але забезпечує стабільні фізичні та хімічні властивості, зокрема збереження міцності при високих температурах, пропонуючи унікальну цінність застосування. При додаванні бору (B) і вуглецю © до SiC бор займає межі зерен SiC, частково заміщаючи вуглець у SiC для утворення твердого розчину, тоді як вуглець реагує з поверхневим SiO2 і домішковим Si у SiC. Ці реакції зменшують енергію меж зерен і збільшують поверхневу енергію, тим самим посилюючи рушійну силу для спікання та сприяючи ущільненню. З 1990-х років використання B і C як добавок для спікання SiC без тиску широко застосовується в різних галузях промисловості. Головною перевагою є відсутність другої фази або склоподібної фази на межі зерен, що забезпечує чисті межі зерен і чудову високотемпературну продуктивність, стабільну до 1600°C. Недоліком є ​​те, що не досягається повне ущільнення, з деякими закритими порами в кутах зерна, а високі температури можуть призвести до росту зерна.

Спікання в рідкій фазі: під час спікання в рідкій фазі допоміжні речовини для спікання зазвичай додають у невеликих відсотках, і отримана міжзернова фаза може зберігати значну кількість оксидів після спікання. Отже, спечений у рідкій фазі SiC має тенденцію до руйнування вздовж меж зерен, забезпечуючи високу міцність і стійкість до руйнування. У порівнянні з твердофазним спіканням, рідка фаза, що утворюється під час спікання, ефективно знижує температуру спікання. Система Al2O3-Y2O3 була однією з найперших і найпривабливіших систем, вивчених для рідкофазного спіканняSiC кераміка. Ця система забезпечує ущільнення при відносно низьких температурах. Наприклад, розміщення зразків у порошковому шарі, що містить Al2O3, Y2O3 та MgO, сприяє утворенню рідкої фази через реакції між MgO та поверхневим SiO2 на частинках SiC, сприяючи ущільненню шляхом перегрупування частинок та повторного осадження розплаву. Крім того, Al2O3, Y2O3 і CaO, які використовуються як добавки для спікання SiC без тиску, призводять до утворення в матеріалі фаз Al5Y3O12; зі збільшенням вмісту CaO з’являються фази оксиду CaY2O4, утворюючи шляхи швидкого проникнення на межі зерен і покращуючи спіканість матеріалу.

Як добавки покращують спікання без тискуКераміка SiC?

Добавки можуть збільшити ущільнення спеченого без тискуSiC кераміка, знижують температуру спікання, змінюють мікроструктуру та покращують механічні властивості. Дослідження адитивних систем еволюціонували від однокомпонентних до багатокомпонентних систем, причому кожен компонент відіграє унікальну роль у посиленніSiC керамікапродуктивність. Проте введення добавок також має недоліки, такі як реакції між добавками та SiC, які утворюють газоподібні побічні продукти, такі як Al2O та CO, що збільшує пористість матеріалу. Зменшення пористості та пом’якшення впливу добавок на втрату ваги буде ключовим напрямком досліджень для майбутнього рідкофазного спіканняSiC кераміка.**

We at Semicorex specialize in Кераміка SiCта інші керамічні матеріали, що застосовуються у виробництві напівпровідників, якщо у вас є запитання або вам потрібні додаткові відомості, будь ласка, не соромтеся зв’язатися з нами.

Контактний телефон: +86-13567891907

Електронна адреса: sales@semicorex.com