Studie o reakční spékané SiC keramice a jejích vlastnostech

Proč je karbid křemíku důležitý?

Karbid křemíku (SiC) je sloučenina tvořená kovalentními vazbami mezi atomy křemíku a uhlíku, známá pro svou vynikající odolnost proti opotřebení, odolnost proti tepelným šokům, odolnost proti korozi a vysokou tepelnou vodivost. Je široce používán v letectví, strojírenství, petrochemii, tavení kovů a elektronickém průmyslu, zejména pro výrobu dílů odolných proti opotřebení a vysokoteplotních konstrukčních součástí.Reakčně slinutá keramika z karbidu křemíkupatří mezi první konstrukční keramiky, které dosáhly průmyslové výroby. Tradičníreakční slinutá keramika z karbidu křemíkujsou vyrobeny z prášku karbidu křemíku a malého množství uhlíkového prášku prostřednictvím vysokoteplotního infiltračního reakčního slinování křemíku, které vyžaduje dlouhé doby slinování, vysoké teploty, vysokou spotřebu energie a vysoké náklady. S rostoucí aplikací technologie reakčního slinutého karbidu křemíku tradiční metody nestačí k uspokojení průmyslové poptávky po komplexníchkeramika z karbidu křemíku.

Co jsou nedávné pokroky vReakčně slinutý karbid křemíku?

Nedávné pokroky vedly k výrobě vysoce hustého materiálu s vysokou pevností v ohybukeramika z karbidu křemíkupoužití prášku karbidu křemíku nano velikosti, což výrazně zlepšuje mechanické vlastnosti materiálu. Vysoké náklady na prášek karbidu křemíku v nano velikosti, jehož cena přesahuje desítky tisíc dolarů za tunu, však brání jeho použití ve velkém měřítku. V této práci jsme použili široce dostupné dřevěné uhlí jako zdroj uhlíku a karbid křemíku o velikosti mikronů jako agregát s využitím technologie lití na kluzné lití.reakční slinutá keramika z karbidu křemíkuzelená těla. Tento přístup eliminuje potřebu předběžné syntézy prášku karbidu křemíku, snižuje výrobní náklady a umožňuje výrobu velkých, složitě tvarovaných tenkostěnných produktů, což poskytuje reference pro zlepšení výkonu a použitíreakční slinutá keramika z karbidu křemíku.

Jaké byly použité suroviny?

Mezi suroviny použité v experimentu patří:

Karbid křemíku se střední velikostí částic (d50) 3,6 μm a čistotou (w(SiC)) ≥ 98 %

Saze se střední velikostí částic (d50) 0,5 μm a čistotou (w©) ≥ 99 %

Grafit se střední velikostí částic (d50) 10 μm a čistotou (w©) ≥ 99 %

Dispergační činidla: Polyvinylpyrrolidon (PVP) K30 (hodnota K 27-33) a K90 (hodnota K 88-96)

Reduktor vody: Polykarboxylát CE-64

Uvolňovací prostředek: AO

Deionizovaná voda

Jak byl experiment proveden?

Experiment byl proveden následovně:

Míchání surovin podle tabulky 1 pomocí elektrického mixéru po dobu 4 hodin, aby se získala stejnoměrně promíchaná kaše.

Při udržování viskozity kaše ≤ 1000 mPa.s byla smíšená kaše nalita do připravených sádrových forem pro lití sádry, ponechána dehydratovat sádrovými formami po dobu 2-3 minut za vzniku zelených těles.

Zelená tělesa byla umístěna na chladné místo na 48 hodin, poté byla vyjmuta z forem a sušena ve vakuové sušárně při 80 °C po dobu 4-6 hodin.

Odslizňování surových těles se provádělo v muflové peci při 800 °C po dobu 2 hodin, aby se získaly předlisky.

Předlisky byly zality ve směsném prášku sazí, křemíkového prášku a nitridu boru v hmotnostním poměru 1:100:2000 a sintrovány v peci při 1720 °C po dobu 2 hodin, aby se získala plně jemně prášková keramika z karbidu křemíku. .

Jaké metody byly použity pro testování výkonu?

Testování výkonu zahrnovalo:

Měření viskozity suspenze při různých dobách míchání (1-5 hodin) pomocí rotačního viskozimetru při teplotě místnosti.

Měření objemové hustoty předlisků podle národní normy GB/T 25995-2010.

Měření pevnosti v ohybu slinutých vzorků při 1720 °C podle GB/T 6569-2006, s rozměry vzorku 3 mm × 4 mm × 36 mm, rozpětím 30 mm a rychlostí zatěžování 0,5 mm·min^-1 .

Analýza fázového složení a mikrostruktury slinutých vzorků při 1720 °C pomocí XRD a SEM.

Jak ovlivní doba míchání viskozitu suspenze, objemovou hustotu předlisku a zdánlivou pórovitost?

Obrázky 1 a 2 znázorňují vztah mezi dobou míchání a viskozitou suspenze pro vzorek 2# a vztah mezi dobou míchání a objemovou hustotou předlisku a zdánlivou porozitou.

Obrázek 1 ukazuje, že jak se doba míchání prodlužuje, viskozita klesá, dosahuje minima 721 mPa·s za 4 hodiny a poté se stabilizuje.

Obrázek 2 ukazuje, že vzorek 2# má maximální objemovou hustotu 1,47 g.cm^-3 a minimální zdánlivou porozitu 32,4 %. Nižší viskozita vede k lepší disperzi, což vede k rovnoměrnější a lepší kašikeramika z karbidu křemíkuvýkon. Nedostatečná doba míchání vede k nerovnoměrnému promíchání jemného prášku karbidu křemíku, zatímco nadměrná doba míchání odpaří více vody a destabilizuje systém. Optimální doba míchání pro přípravu plně jemné práškové keramiky z karbidu křemíku je 4 hodiny.

Tabulka 2 uvádí viskozitu suspenze, objemovou hustotu předlisku a zdánlivou poréznost vzorku 2# s přidaným grafitem a vzorku 6# bez přidaného grafitu. Přidání grafitu snižuje viskozitu suspenze, zvyšuje objemovou hustotu předlisku a snižuje zjevnou pórovitost díky lubrikačnímu účinku grafitu, což vede k lepší disperzi a zvýšené hustotě plně jemného prášku.keramika z karbidu křemíku. Bez grafitu má kaše vyšší viskozitu, horší disperzi a stabilitu, takže přidání grafitu je nezbytné.

Obrázek 3 ukazuje objemovou hustotu předlisku a zdánlivou poréznost vzorků s různým obsahem sazí. Vzorek 2# má nejvyšší objemovou hustotu 1,47 g·cm^-3 a nejnižší zdánlivou porozitu 32,4 %. Příliš nízká poréznost však brání infiltraci křemíku.

Obrázek 4 ukazuje XRD spektra vzorku 2# preforem a slinutých vzorků při 1720 °C. Předlisky obsahují grafit a β-SiC, zatímco slinuté vzorky obsahují Si, β-SiC a α-SiC, což ukazuje, že určité množství β-SiC se při vysokých teplotách transformovalo na α-SiC. Slinuté vzorky také vykazují zvýšený obsah Si a snížený obsah C v důsledku vysokoteplotní infiltrace křemíku, kde Si reaguje s C za vzniku SiC a vyplňuje póry.

Obrázek 5 ukazuje morfologii lomu různých vzorových preforem. Obrázky odhalují jemný karbid křemíku, grafit a póry. Vzorky 1#, 4# a 5# mají větší vločkové fáze a nerovnoměrněji rozdělené póry v důsledku nerovnoměrného míchání, což má za následek nízkou hustotu předlisku a vysokou poréznost. Vzorek 2# s 5,94 % (hmot.) sazí vykazuje optimální mikrostrukturu.

Obrázek 6 ukazuje morfologii lomu vzorku 2# po slinování při 1720 °C, zobrazující těsně a rovnoměrně distribuované částice karbidu křemíku s minimální porozitou. Růst částic karbidu křemíku je způsoben působením vysokých teplot. Menší nově vytvořené částice SiC jsou také vidět mezi původními částicemi skeletu SiC z reakčního slinování, s určitým zbytkovým Si vyplňujícím původní póry, což snižuje koncentraci napětí, ale potenciálně ovlivňuje výkon při vysokých teplotách díky nízkému bodu tání. Slinutý výrobek má objemovou hustotu 3,02 g·cm^-3 a pevnost v ohybu 580 MPa, více než dvojnásobek pevnosti běžnéhoreakční slinutý karbid křemíku.

Závěry

Optimální doba míchání pro kaši použitou k přípravě plně jemného práškukeramika z karbidu křemíkuje 4 hodiny. Přidání grafitu snižuje viskozitu suspenze, zvyšuje objemovou hustotu předlisku a snižuje zdánlivou pórovitost, čímž se zvyšuje hustota plně jemného práškukeramika z karbidu křemíku.

Optimální obsah sazí pro přípravu plně jemné práškové keramiky z karbidu křemíku je 5,94 % (w).

Částice slinutého karbidu křemíku jsou těsně a rovnoměrně rozmístěny s minimální porézností a vykazují růstový trend. Hustota slinutého produktu je 3,02 g·cm^-3 a pevnost v ohybu je 580 MPa, což výrazně zlepšuje mechanickou pevnost a hustotu plně jemného prášku.keramika z karbidu křemíku.**

My v Semicorex se specializujeme naSiC Keramikaa další keramické materiály používané při výrobě polovodičů, pokud máte nějaké dotazy nebo potřebujete další podrobnosti, neváhejte nás kontaktovat.

Kontaktní telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com