Štúdia o reakčne sintrovanej SiC keramike a jej vlastnostiach

Prečo je karbid kremíka dôležitý?

Karbid kremíka (SiC) je zlúčenina tvorená kovalentnými väzbami medzi kremíkom a atómami uhlíka, známa svojou vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu, tepelným šokom, koróziou a vysokou tepelnou vodivosťou. Je široko používaný v leteckom a kozmickom priemysle, strojárskej výrobe, petrochemickom priemysle, tavení kovov a elektronickom priemysle, najmä na výrobu dielov odolných voči opotrebovaniu a vysokoteplotných konštrukčných komponentov.Reakčne spekaná keramika z karbidu kremíkapatrí medzi prvé konštrukčné keramické výrobky, ktoré dosiahli priemyselnú výrobu. Tradičnéreakčne spekaná keramika z karbidu kremíkasú vyrobené z prášku karbidu kremíka a malého množstva uhlíkového prášku prostredníctvom vysokoteplotného infiltračného reakčného spekania kremíka, ktoré si vyžaduje dlhé časy spekania, vysoké teploty, vysokú spotrebu energie a vysoké náklady. S rastúcou aplikáciou technológie reakčného spekaného karbidu kremíka tradičné metódy nestačia na uspokojenie priemyselného dopytu po komplexných tvarochkeramika z karbidu kremíka.

Čo sú nedávne pokroky vReakčne spekaný karbid kremíka?

Nedávne pokroky viedli k výrobe výrobkov s vysokou hustotou a vysokou pevnosťou v ohybekeramika z karbidu kremíkapoužitie nano-veľkosti prášku karbidu kremíka, čím sa výrazne zlepšujú mechanické vlastnosti materiálu. Avšak vysoké náklady na nano-veľkosť prášku karbidu kremíka, ktorého cena je viac ako desiatky tisíc dolárov za tonu, bráni rozsiahlemu použitiu. V tejto práci sme použili široko dostupné drevené uhlie ako zdroj uhlíka a mikronový karbid kremíka ako agregát, pričom sme na prípravu použili technológiu odlievania.reakčne spekaná keramika z karbidu kremíkazelené telá. Tento prístup eliminuje potrebu predbežnej syntézy prášku karbidu kremíka, znižuje výrobné náklady a umožňuje výrobu veľkých tenkostenných produktov komplexného tvaru, čím poskytuje referenciu na zlepšenie výkonu a aplikáciereakčne spekaná keramika z karbidu kremíka.

Aké boli použité suroviny?

Suroviny použité v experimente zahŕňajú:

Karbid kremíka so strednou veľkosťou častíc (d50) 3,6 μm a čistotou (w(SiC)) ≥ 98 %

Sadze so strednou veľkosťou častíc (d50) 0,5 μm a čistotou (w©) ≥ 99 %

Grafit so strednou veľkosťou častíc (d50) 10 μm a čistotou (w©) ≥ 99 %

Dispergačné činidlá: Polyvinylpyrolidón (PVP) K30 (hodnota K 27-33) a K90 (hodnota K 88-96)

Redukcia vody: Polykarboxylát CE-64

Uvoľňovací prostriedok: AO

Deionizovaná voda

Ako bol experiment vykonaný?

Experiment sa uskutočnil nasledovne:

Miešanie surovín podľa tabuľky 1 pomocou elektrického mixéra počas 4 hodín, aby sa získala rovnomerne premiešaná kaša.

Pri udržiavaní viskozity kaše ≤ 1000 mPa.s sa zmiešaná kaša naliala do pripravených sadrových foriem na odlievanie brečky, nechala sa dehydratovať cez sadrové formy počas 2 až 3 minút, aby sa vytvorili zelené telieska.

Surové telesá sa umiestnili na chladné miesto na 48 hodín, potom sa vybrali z foriem a sušili vo vákuovej sušiarni pri 80 °C počas 4 až 6 hodín.

Degumovanie surových telies sa uskutočnilo v muflovej peci pri 800 °C počas 2 hodín, aby sa získali predlisky.

Predlisky boli vložené do zmiešaného prášku sadzí, kremíkového prášku a nitridu bóru v hmotnostnom pomere 1:100:2000 a spekané v peci pri 1720 °C počas 2 hodín, aby sa získala úplne jemne prášková keramika z karbidu kremíka. .

Aké metódy boli použité na testovanie výkonu?

Testovanie výkonu zahŕňalo:

Meranie viskozity suspenzie pri rôznych časoch miešania (1-5 hodín) pomocou rotačného viskozimetra pri teplote miestnosti.

Meranie objemovej hustoty predliskov podľa národnej normy GB/T 25995-2010.

Meranie pevnosti v ohybe spekaných vzoriek pri 1720 °C podľa GB/T 6569-2006, s rozmermi vzorky 3 mm × 4 mm × 36 mm, rozpätím 30 mm a rýchlosťou nakladania 0,5 mm·min^-1 .

Analýza fázového zloženia a mikroštruktúry spekaných vzoriek pri 1720 °C pomocou XRD a SEM.

Ako ovplyvňuje čas miešania viskozitu suspenzie, objemovú hustotu predlisku a zdanlivú pórovitosť?

Obrázky 1 a 2 znázorňujú vzťah medzi časom miešania a viskozitou suspenzie pre vzorku 2# a vzťah medzi časom miešania a objemovou hustotou predlisku a zdanlivou pórovitosťou.

Obrázok 1 ukazuje, že so zvyšujúcim sa časom miešania viskozita klesá, dosahuje minimum 721 mPa·s po 4 hodinách a potom sa stabilizuje.

Obrázok 2 ukazuje, že vzorka 2# má maximálnu objemovú hustotu 1,47 g.cm^-3 a minimálnu zdanlivú pórovitosť 32,4 %. Nižšia viskozita má za následok lepšiu disperziu, čo vedie k rovnomernejšej suspenzii a zlepšeniukeramika z karbidu kremíkavýkon. Nedostatočný čas miešania vedie k nerovnomernému miešaniu jemného prášku karbidu kremíka, zatiaľ čo nadmerný čas miešania odparuje viac vody, čo destabilizuje systém. Optimálna doba miešania na prípravu úplne jemne práškovej keramiky z karbidu kremíka je 4 hodiny.

Tabuľka 2 uvádza viskozitu suspenzie, objemovú hustotu predlisku a zdanlivú pórovitosť vzorky 2# s pridaným grafitom a vzorky 6# bez pridaného grafitu. Pridanie grafitu znižuje viskozitu suspenzie, zvyšuje objemovú hustotu predlisku a znižuje zdanlivú pórovitosť v dôsledku lubrikačného účinku grafitu, čo vedie k lepšej disperzii a zvýšeniu hustoty plne jemného prášku.keramika z karbidu kremíka. Bez grafitu má suspenzia vyššiu viskozitu, horšiu disperziu a stabilitu, takže pridávanie grafitu je nevyhnutné.

Obrázok 3 zobrazuje objemovú hustotu predlisku a zdanlivú pórovitosť vzoriek s rôznym obsahom sadzí. Vzorka 2# má najvyššiu objemovú hustotu 1,47 g·cm^-3 a najnižšiu zdanlivú pórovitosť 32,4 %. Avšak príliš nízka pórovitosť bráni infiltrácii kremíka.

Obrázok 4 ukazuje XRD spektrá vzorky 2# predliskov a spekaných vzoriek pri 1720 °C. Predlisky obsahujú grafit a β-SiC, zatiaľ čo spekané vzorky obsahujú Si, β-SiC a α-SiC, čo naznačuje, že určitý β-SiC sa pri vysokých teplotách transformuje na α-SiC. Spekané vzorky tiež vykazujú zvýšený obsah Si a znížený obsah C v dôsledku vysokoteplotnej infiltrácie kremíka, kde Si reaguje s C za vzniku SiC, čím sa vyplnia póry.

Obrázok 5 ukazuje morfológiu lomu rôznych vzorových predliskov. Obrázky odhaľujú jemný karbid kremíka, grafit a póry. Vzorky 1#, 4# a 5# majú väčšie vločkové fázy a nerovnomernejšie rozložené póry v dôsledku nerovnomerného miešania, čo vedie k nízkej hustote predlisku a vysokej pórovitosti. Vzorka 2# s 5,94 % (hmot.) sadzí vykazuje optimálnu mikroštruktúru.

Obrázok 6 ukazuje morfológiu lomu vzorky 2# po spekaní pri 1720 °C, pričom zobrazuje tesne a rovnomerne rozdelené častice karbidu kremíka s minimálnou pórovitosťou. Rast častíc karbidu kremíka je spôsobený účinkami vysokej teploty. Menšie novovytvorené častice SiC sú tiež viditeľné medzi pôvodnými časticami kostry SiC z reakčného spekania, pričom niektoré zvyškové Si vypĺňajú pôvodné póry, čo znižuje koncentráciu napätia, ale potenciálne ovplyvňuje výkon pri vysokej teplote v dôsledku nízkeho bodu topenia. Spekaný produkt má objemovú hustotu 3,02 g·cm^-3 a pevnosť v ohybe 580 MPa, čo je viac ako dvojnásobok pevnosti bežnéhoreakčne spekaný karbid kremíka.

Závery

Optimálny čas miešania pre kašu používanú na prípravu úplne jemného práškukeramika z karbidu kremíkaje 4 hodiny. Pridanie grafitu znižuje viskozitu suspenzie, zvyšuje objemovú hustotu predlisku a znižuje zdanlivú pórovitosť, čím sa zvyšuje hustota úplne jemného práškukeramika z karbidu kremíka.

Optimálny obsah sadzí na prípravu úplne jemne práškovej keramiky z karbidu kremíka je 5,94 % (w).

Častice spekaného karbidu kremíka sú pevne a rovnomerne rozložené s minimálnou pórovitosťou, čo ukazuje trend rastu. Hustota spekaného produktu je 3,02 g·cm^-3 a pevnosť v ohybe je 580 MPa, čo výrazne zlepšuje mechanickú pevnosť a hustotu plne jemného prášku.keramika z karbidu kremíka.**

My v Semicorex sa špecializujeme naSiC keramikaa iné keramické materiály používané pri výrobe polovodičov, ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktný telefón: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com