Proces prípravy SiC keramiky

Keramika z karbidu kremíkapatria medzi najpoužívanejšie materiály v stavebnej keramike. Vďaka svojej relatívne nízkej tepelnej rozťažnosti, vysokej špecifickej pevnosti, vysokej tepelnej vodivosti a tvrdosti, odolnosti proti opotrebovaniu a korózii, a čo je najdôležitejšie, ich schopnosti udržiavať dobrý výkon aj pri teplotách až 1650 °C, sa keramika z karbidu kremíka široko používa v rôznych oblastiach.

Bežné metódy spekania pre keramiku z karbidu kremíka zahŕňajú: beztlakové spekanie, reakčné spekanie a rekryštalizačné spekanie.

1. Reakciou spekaný SiC (RBSiC)

Reakčné spekanie zahŕňa zmiešanie zdroja uhlíka s práškom karbidu kremíka, vytvorenie výlisku a následné umožnenie infiltrácie tekutého kremíka do výlisku pri vysokej teplote a reakciu s uhlíkom za vzniku β-SiC, čím sa dosiahne zhustenie. Vykazuje takmer nulové zmrštenie, vďaka čomu je vhodný pre veľké a zložité diely. Môže sa tiež pochváliť nízkou teplotou spekania a nízkymi nákladmi, ale voľný kremík môže znížiť výkon pri vysokej teplote.

Reakčne spekaný SiC je vysoko atraktívna štruktúrna keramika s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami, ako je vysoká pevnosť, odolnosť proti korózii a odolnosť proti oxidácii. Okrem toho sa vyznačuje nízkou teplotou spekania, nízkymi nákladmi na spekanie a tvarovaním takmer do tvaru siete.

Proces reakčného spekania je jednoduchý. Zahŕňa zmiešanie zdroja uhlíka a prášku SiC na prípravu surového telesa, potom sa pod vysokoteplotnou kapilárnou silou infiltruje roztavený kremík do pórovitého surového telesa. Tento roztavený kremík reaguje so zdrojom uhlíka vo vnútri zeleného telesa za vzniku fázy β-SiC, ktorá sa súčasne pevne viaže s pôvodným α-SiC. Zvyšné póry sú vyplnené roztaveným kremíkom, čím sa dosiahne zahustenie keramického materiálu. Počas spekania sa veľkosť zmenšuje, čím sa dosiahne tvarovanie takmer čistého tvaru, čo umožňuje výrobu zložitých tvarov podľa potreby. Preto je široko používaný v priemyselnej výrobe rôznych keramických výrobkov.

Z hľadiska použitia sú typickými aplikáciami reakčne spekanej keramiky z karbidu kremíka vysokoteplotné nábytkové materiály pre pece, sálavé rúrky, výmenníky tepla a odsírovacie dýzy. Navyše, vďaka nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti karbidu kremíka, vysokému modulu pružnosti a tvarovaniu takmer čistého tvaru, je reakčne spekaný karbid kremíka tiež ideálnym materiálom pre vesmírne zrkadlá. Okrem toho s nárastom veľkosti plátku a teploty tepelného spracovania postupne nahrádza kremenné sklo reakčne spekaný karbid kremíka. Komponenty z karbidu kremíka s vysokou čistotou (SiC) obsahujúce čiastočnú kremíkovú fázu sa môžu vyrábať s použitím prášku karbidu kremíka vysokej čistoty a kremíka vysokej čistoty. Tieto komponenty sú široko používané v podporných prípravkoch pre zariadenia na výrobu elektrónových trubíc a polovodičových doštičiek.

2. Beztlakovo spekaný SiC (SSiC)

Beztlakové spekanie sa delí na spekanie v tuhej fáze a spekanie v kvapalnej fáze: Spekanie v tuhej fáze s prídavkom B/C aditív dosahuje pri vysokých teplotách difúzne zahusťovanie v tuhej fáze, výsledkom čoho je dobrý výkon pri vysokej teplote, ale hrubnutie zrna. Spekanie v kvapalnej fáze využíva aditíva ako Al2O3-Y2O3 na vytvorenie kvapalnej fázy, čím sa znižuje teplota, výsledkom čoho sú jemnejšie zrná a vyššia húževnatosť. Táto technológia je nízkonákladová, umožňuje rôzne tvary a je vhodná pre presné konštrukčné komponenty, ako sú tesniace krúžky, ložiská a nepriestrelné pancierovanie.

Beztlakové spekanie sa považuje za najsľubnejšiu metódu spekania SiC. Táto metóda je prispôsobiteľná rôznym procesom tvárnenia, má nižšie výrobné náklady, nie je obmedzená tvarom ani veľkosťou a je najbežnejšou a najjednoduchšou metódou spekania pre hromadnú výrobu.

Beztlakové spekanie zahŕňa pridanie bóru a uhlíka do β-SiC obsahujúceho stopové množstvá kyslíka a spekanie pri teplote okolo 2000 °C v inertnej atmosfére, aby sa získalo spekané teleso z karbidu kremíka s 98 % teoretickou hustotou. Táto metóda má vo všeobecnosti dva prístupy: spekanie v tuhom stave a spekanie v kvapalnom stave. Beztlakový spekaný karbid kremíka v tuhom stave vykazuje vysokú hustotu a čistotu, a najmä má jedinečnú vysokú tepelnú vodivosť a vynikajúcu pevnosť pri vysokých teplotách, čo uľahčuje spracovanie do veľkých a zložitých tvarovaných keramických zariadení.

Beztlakové spekané výrobky z karbidu kremíka: a) keramické tesnenia; b) keramické ložiská; c) nepriestrelné platne

Aplikačne je beztlakové spekanie SiC jednoduché na obsluhu, stredne ekonomické a vhodné na hromadnú výrobu keramických dielov rôznych tvarov. Je široko používaný v tesniacich krúžkoch odolných voči opotrebeniu a korózii, klzných ložiskách atď. Okrem toho sa beztlaková keramika zo spekaného karbidu kremíka široko používa v nepriestrelných pancieroch, ako napríklad na ochranu vozidiel a lodí, ako aj v civilných trezoroch a obrnených nákladných autách, kvôli ich vysokej tvrdosti, nízkej špecifickej hmotnosti, dobrému balistickému výkonu, schopnosti absorbovať viac energie po rozbití a nízkej cene. Ako nepriestrelný pancierový materiál vykazuje vynikajúcu odolnosť voči viacnásobným nárazom a jeho celkový ochranný účinok je lepší ako obyčajná keramika z karbidu kremíka. Pri použití v ľahkom cylindrickom keramickom ochrannom pancieri môže jeho zlomový bod dosiahnuť viac ako 65 ton, čo demonštruje výrazne lepší ochranný výkon ako valcové keramické ochranné brnenie s použitím bežnej keramiky z karbidu kremíka.

3. Rekryštalizovaná sintrovaná SiC keramika (R-SiC)

Rekryštalizačné spekanie zahŕňa triedené hrubé a jemné častice SiC a vysokoteplotné spracovanie. Jemné častice sa odparujú a kondenzujú na hrdle hrubých častíc, čím vytvárajú premosťujúcu štruktúru bez nečistôt na hranici zŕn. Výrobok má pórovitosť 10-20%, dobrú tepelnú vodivosť a odolnosť proti tepelným šokom, ale nízku pevnosť. Nemá žiadne objemové zmrštenie a je vhodný pre porézny nábytok v peciach atď.

Technológia rekryštalizačného spekania pritiahla širokú pozornosť, pretože nevyžaduje pridávanie pomocných prostriedkov na spekanie. Rekryštalizačné spekanie je najbežnejšou metódou na prípravu veľkorozmerných SiC keramických zariadení s ultra vysokou čistotou. Proces prípravy rekryštalizovanej sintrovanej SiC keramiky (R-SiC) je nasledovný: hrubé a jemné prášky SiC rôznych veľkostí častíc sa zmiešajú v určitom pomere a upravia sa na surové polotovary procesmi, ako je liatie, lisovanie a extrúzia. Potom sa zelené polotovary vypália pri vysokej teplote 2200 ~ 2450 ℃ pod inertnou atmosférou. Nakoniec sa jemné častice postupne vyparujú do plynnej fázy a kondenzujú v kontaktných bodoch s hrubými časticami a vytvárajú keramiku R-SiC.

R-SiC sa tvorí pri vysokých teplotách a má tvrdosť na druhom mieste po diamante. Zachováva si mnohé z vynikajúcich vlastností SiC, ako je vysoká pevnosť pri vysokých teplotách, silná odolnosť proti korózii, vynikajúca odolnosť proti oxidácii a dobrá odolnosť proti tepelným šokom. Preto je ideálnym kandidátskym materiálom pre nábytok vysokoteplotných pecí, výmenníky tepla alebo spaľovacie dýzy. V kozmickom a vojenskom priemysle sa rekryštalizovaný karbid kremíka používa na výrobu konštrukčných komponentov leteckých dopravných prostriedkov, ako sú motory, chvostové rebrá a trupy. Vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam, odolnosti proti korózii a odolnosti proti nárazu môže výrazne zlepšiť výkon a životnosť leteckých dopravných prostriedkov.

Semicorex ponúka prispôsobenéSiC produkty. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.
Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com