Proces přípravy SiC keramiky

Keramika z karbidu křemíkupatří mezi nejpoužívanější materiály ve stavební keramice. Keramika z karbidu křemíku je díky své relativně nízké tepelné roztažnosti, vysoké měrné pevnosti, vysoké tepelné vodivosti a tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a korozi a především schopnosti udržet si dobrý výkon i při teplotách až 1650 °C široce používána v různých oblastech.

Běžné slinovací metody pro keramiku z karbidu křemíku zahrnují: beztlakové slinování, reakční slinování a rekrystalizační slinování.

1. Reakčně slinutý SiC (RBSiC)

Reakční slinování zahrnuje smíchání zdroje uhlíku s práškem karbidu křemíku, vytvoření výlisku a následné umožnění kapalnému křemíku infiltrovat výlisek při vysoké teplotě a reagovat s uhlíkem za vzniku β-SiC, čímž se dosáhne zhuštění. Vykazuje téměř nulové smrštění, takže je vhodný pro velké a složité díly. Může se také pochlubit nízkou teplotou slinování a nízkou cenou, ale volný křemík může snížit výkon při vysokých teplotách.

Reakčně slinutý SiC je vysoce atraktivní strukturální keramika s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, jako je vysoká pevnost, odolnost proti korozi a odolnost proti oxidaci. Kromě toho se vyznačuje nízkou teplotou slinování, nízkými náklady na spékání a tvarováním téměř do tvaru sítě.

Proces reakčního slinování je jednoduchý. Zahrnuje smíchání zdroje uhlíku a SiC prášku za účelem přípravy surového tělesa, poté pod vysokoteplotní kapilární silou infiltraci roztaveného křemíku do porézního surového tělesa. Tento roztavený křemík reaguje se zdrojem uhlíku uvnitř surového tělesa za vzniku fáze β-SiC, která se současně pevně váže s původním α-SiC. Zbývající póry jsou vyplněny roztaveným křemíkem, čímž je dosaženo zhuštění keramického materiálu. Během slinování se velikost zmenšuje, čímž se dosáhne téměř čistého tvaru, což umožňuje výrobu složitých tvarů podle potřeby. Proto je široce používán v průmyslové výrobě různých keramických výrobků.

Z hlediska aplikací jsou typickými aplikacemi reakční slinuté keramiky z karbidu křemíku vysokoteplotní nábytkové materiály pro pece, sálavé trubky, výměníky tepla a odsiřovací trysky. Kromě toho, díky nízkému koeficientu tepelné roztažnosti karbidu křemíku, vysokému modulu pružnosti a tvarování téměř čistého tvaru, je reakční slinutý karbid křemíku také ideálním materiálem pro vesmírná zrcadla. Navíc s rostoucí velikostí plátků a teplotou tepelného zpracování postupně nahrazuje křemenné sklo reakční slinutý karbid křemíku. Komponenty z karbidu křemíku s vysokou čistotou (SiC) obsahující částečnou křemíkovou fázi lze vyrábět pomocí vysoce čistého prášku karbidu křemíku a vysoce čistého křemíku. Tyto součásti jsou široce používány v nosných přípravcích pro zařízení na výrobu elektronek a polovodičových destiček.

2. Beztlakově slinutý SiC (SSiC)

Beztlakové slinování se dělí na slinování v pevné fázi a slinování v kapalné fázi: Slinování v pevné fázi s přidáním B/C aditiv dosahuje difúzního zhuštění v pevné fázi při vysokých teplotách, což má za následek dobrý výkon při vysokých teplotách, ale hrubnutí zrna. Slinování v kapalné fázi využívá přísady jako Al2O3-Y2O3 k vytvoření kapalné fáze, což snižuje teplotu, což vede k jemnějším zrnům a vyšší houževnatosti. Tato technologie je nízkonákladová, umožňuje různé tvary a je vhodná pro přesné konstrukční součásti, jako jsou těsnicí kroužky, ložiska a neprůstřelné pancíře.

Beztlakové slinování je považováno za nejslibnější metodu slinování SiC. Tato metoda je adaptabilní na různé tvářecí procesy, má nižší výrobní náklady, není omezena tvarem ani velikostí a je nejběžnější a nejjednodušší metodou slinování pro hromadnou výrobu.

Beztlakové slinování zahrnuje přidání boru a uhlíku k β-SiC obsahujícímu stopová množství kyslíku a slinování při teplotě kolem 2000 °C v inertní atmosféře, aby se získalo slinuté těleso z karbidu křemíku s 98% teoretickou hustotou. Tato metoda má obecně dva přístupy: slinování v pevném stavu a slinování v kapalném stavu. Beztlakový slinutý karbid křemíku v pevném stavu vykazuje vysokou hustotu a čistotu, a zejména má jedinečnou vysokou tepelnou vodivost a vynikající pevnost při vysokých teplotách, což umožňuje snadné zpracování na keramická zařízení velkých rozměrů a složitých tvarů.

Beztlakové výrobky ze slinutého karbidu křemíku: a) keramická těsnění; b) keramická ložiska; c) neprůstřelné pláty

Z hlediska aplikací je beztlaké slinování SiC jednoduché na obsluhu, středně hospodárné a vhodné pro hromadnou výrobu keramických dílů různých tvarů. Je široce používán v těsnicích kroužcích odolných proti opotřebení a korozi, kluzných ložiskách atd. Kromě toho je beztlaká keramika ze slinutého karbidu křemíku široce používána v neprůstřelných pancířích, jako je ochrana vozidel a lodí, stejně jako civilních trezorů a obrněných nákladních vozidel, kvůli jejich vysoké tvrdosti, nízké specifické hmotnosti, dobrému balistickému výkonu, schopnosti absorbovat více energie po rozbití a. Jako neprůstřelný pancéřový materiál vykazuje vynikající odolnost proti vícenásobným nárazům a jeho celkový ochranný účinek je lepší než běžná keramika z karbidu křemíku. Při použití v lehkém válcovém keramickém ochranném pancíři může jeho bod zlomu dosáhnout více než 65 tun, což prokazuje výrazně lepší ochranný výkon než válcové keramické ochranné brnění využívající běžnou keramiku z karbidu křemíku.

3. Rekrystalizovaná slinutá keramika SiC (R-SiC)

Rekrystalizační slinování zahrnuje tříděné hrubé a jemné částice SiC a vysokoteplotní zpracování. Jemné částice se odpařují a kondenzují na hrdle hrubých částic a vytvářejí přemosťující strukturu bez nečistot na hranicích zrn. Výrobek má poréznost 10-20%, dobrou tepelnou vodivost a odolnost proti tepelným šokům, ale nízkou pevnost. Nemá žádné objemové smrštění a je vhodný pro porézní nábytek v pecích atd.

Technologie rekrystalizačního slinování přitáhla širokou pozornost, protože nevyžaduje přidání pomocných slinovacích prostředků. Rekrystalizační slinování je nejběžnější metodou pro přípravu velkoobjemových keramických zařízení SiC o ultra vysoké čistotě. Postup přípravy rekrystalizované slinuté keramiky SiC (R-SiC) je následující: hrubé a jemné prášky SiC o různých velikostech částic se smíchají v určitém poměru a zpracují se na surové polotovary pomocí procesů, jako je lití do formy, lisování a extruze. Poté jsou zelené polotovary vypáleny při vysoké teplotě 2200~2450 ℃ pod inertní atmosférou. Nakonec se jemné částice postupně odpařují do plynné fáze a kondenzují v místech kontaktu s hrubými částicemi za vzniku keramiky R-SiC.

R-SiC se tvoří při vysokých teplotách a má tvrdost hned po diamantu. Zachovává si mnoho vynikajících vlastností SiC, jako je vysoká pevnost při vysokých teplotách, silná odolnost proti korozi, vynikající odolnost proti oxidaci a dobrá odolnost proti tepelným šokům. Proto je ideálním kandidátním materiálem pro nábytek vysokoteplotních pecí, výměníky tepla nebo spalovací trysky. V letecké a vojenské oblasti se rekrystalizovaný karbid křemíku používá k výrobě konstrukčních součástí leteckých dopravních prostředků, jako jsou motory, ocasní ploutve a trupy. Díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem, odolnosti proti korozi a odolnosti proti nárazu může výrazně zlepšit výkon a životnost leteckých vozidel.

Semicorex nabízí přizpůsobenéSiC produkty. Pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.
Kontaktní telefon +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com