Процес на получаване на SiC керамика

Силициево-карбидна керамикаса сред най-широко използваните материали в структурната керамика. Благодарение на относително ниското им термично разширение, висока специфична якост, висока топлопроводимост и твърдост, устойчивост на износване и устойчивост на корозия, и най-важното, способността им да поддържат добра производителност дори при температури до 1650°C, керамиката от силициев карбид се използва широко в различни области.

Общите методи за синтероване на керамика от силициев карбид включват: синтероване без налягане, реакционно синтероване и рекристализация синтероване.

1. Реакционно синтерован SiC (RBSiC)

Реакционното синтероване включва смесване на източник на въглерод със силициев карбид на прах, образуване на пресовка и след това позволяване на течния силиций да проникне в пресовката при висока температура и да реагира с въглерода, за да образува β-SiC, постигайки уплътняване. Той показва почти нулево свиване, което го прави подходящ за големи и сложни части. Той също така може да се похвали с ниска температура на синтероване и ниска цена, но свободният силиций може да намали производителността при висока температура.

Реакционно синтерованият SiC е изключително привлекателна структурна керамика с отлични механични свойства като висока якост, устойчивост на корозия и устойчивост на окисление. Освен това, той се характеризира с ниска температура на синтероване, ниска цена на синтероване и формиране на почти чиста форма.

Процесът на реакционно синтероване е прост. Това включва смесване на източник на въглерод и SiC прах за приготвяне на зелено тяло, след което, под въздействието на високотемпературна капилярна сила, инфилтриране на разтопен силиций в порестото зелено тяло. Този разтопен силиций реагира с източника на въглерод вътре в зеленото тяло, за да образува β-SiC фаза, която едновременно се свързва здраво с оригиналния α-SiC. Останалите пори се запълват с разтопен силиций, като по този начин се постига уплътняване на керамичния материал. По време на синтероването размерът се намалява, като се постига почти мрежеста форма, което позволява производството на сложни форми, ако е необходимо. Поради това се използва широко в промишленото производство на различни керамични продукти.

По отношение на приложенията, високотемпературните мебелни материали за пещи, лъчистите тръби, топлообменниците и дюзите за десулфуризация са типични приложения на реакционно синтерована керамика от силициев карбид. Освен това, поради ниския коефициент на топлинно разширение на силициевия карбид, високия модул на еластичност и характеристиките на образуване на почти мрежова форма, реакционно синтерованият силициев карбид също е идеален материал за космически огледала. В допълнение, с увеличаването на размера на пластините и температурата на топлинна обработка, реакционно синтерованият силициев карбид постепенно заменя кварцовото стъкло. Компонентите от силициев карбид (SiC) с висока чистота, съдържащи частична силициева фаза, могат да бъдат произведени с помощта на прах от силициев карбид с висока чистота и силиций с висока чистота. Тези компоненти се използват широко в опорни приспособления за оборудване за производство на електронни тръби и полупроводникови пластини.

2. SiC (SSiC), синтерован без налягане

Синтероването без налягане се разделя на синтероване в твърда фаза и синтероване в течна фаза: синтероването в твърда фаза, с добавяне на B/C добавки, постига дифузионно уплътняване на твърдата фаза при високи температури, което води до добро представяне при висока температура, но загрубяване на зърната. При синтероването в течна фаза се използват добавки като Al2O3-Y2O3 за образуване на течна фаза, понижаваща температурата, което води до по-фини зърна и по-висока якост. Тази технология е евтина, позволява различни форми и е подходяща за прецизни структурни компоненти като уплътнителни пръстени, лагери и бронирани брони.

Синтероването без налягане се счита за най-обещаващия метод за синтероване на SiC. Този метод е адаптивен към различни процеси на формоване, има по-ниски производствени разходи, не е ограничен по форма или размер и е най-често срещаният и най-лесният метод за синтероване за масово производство.

Синтероването без налягане включва добавяне на бор и въглерод към β-SiC, съдържащ следи от кислород, и синтероване при около 2000 ℃ в инертна атмосфера, за да се получи синтеровано тяло от силициев карбид с 98% теоретична плътност. Този метод обикновено има два подхода: синтероване в твърдо състояние и синтероване в течно състояние. Спеченият силициев карбид в твърдо състояние без налягане показва висока плътност и чистота и по-специално притежава уникална висока топлопроводимост и отлична якост при висока температура, което го прави лесен за обработка в керамични устройства с големи размери и сложна форма.

Продукти от синтерован силициев карбид без налягане: а) керамични уплътнения; б) керамични лагери; в) бронирани плочи

По отношение на приложенията синтероването без налягане на SiC е лесно за работа, умерено рентабилно и подходящо за масово производство на керамични части с различни форми. Той се използва широко в устойчиви на износване и корозия уплътнителни пръстени, плъзгащи лагери и др. Освен това синтерованата без налягане керамика от силициев карбид се използва широко в бронирани брони, като например за защита на превозни средства и кораби, както и цивилни сейфове и бронирани камиони, поради тяхната висока твърдост, ниско специфично тегло, добри балистични характеристики, способност да абсорбират повече енергия след счупване и ниска цена. Като материал за броня с куршуми, той показва отлична устойчивост на множество удари и цялостният му защитен ефект е по-добър от обикновената керамика от силициев карбид. Когато се използва в лека цилиндрична керамична защитна броня, нейната точка на счупване може да достигне над 65 тона, демонстрирайки значително по-добри защитни характеристики от цилиндричната керамична защитна броня, използваща обикновена силициева карбидна керамика.

3. Рекристализирана синтерована SiC керамика (R-SiC)

Рекристализационното синтероване включва сортирани груби и фини SiC частици и обработка при висока температура. Фините частици се изпаряват и кондензират в гърлото на грубите частици, образувайки мостова структура без примеси по границите на зърната. Продуктът има порьозност 10-20%, добра топлопроводимост и устойчивост на термичен удар, но ниска якост. Няма обемно свиване и е подходящо за порести мебели за пещи и др.

Технологията за рекристализация на синтероване привлече широко внимание, тъй като не изисква добавяне на помощни средства за синтероване. Рекристализационното синтероване е най-разпространеният метод за приготвяне на широкомащабни SiC керамични устройства със свръхвисока чистота. Процесът на приготвяне на рекристализирана синтерована SiC керамика (R-SiC) е както следва: груби и фини SiC прахове с различни размери на частиците се смесват в определена пропорция и се приготвят в зелени заготовки чрез процеси като леене чрез шликер, формоване и екструдиране. След това зелените заготовки се изпичат при висока температура от 2200~2450 ℃ в инертна атмосфера. Накрая, фините частици постепенно се изпаряват в газова фаза и кондензират в точките на контакт с грубите частици, образувайки R-SiC керамика.

R-SiC се образува при високи температури и има твърдост, втора след диаманта. Той запазва много от отличните свойства на SiC, като висока якост при висока температура, силна устойчивост на корозия, отлична устойчивост на окисление и добра устойчивост на термичен удар. Следователно, той е идеален кандидат материал за мебели за високотемпературни пещи, топлообменници или горивни дюзи. В космическата и военната сфера прекристализираният силициев карбид се използва за производство на структурни компоненти на аерокосмически превозни средства, като двигатели, опашни перки и фюзелажи. Благодарение на своите превъзходни механични свойства, устойчивост на корозия и устойчивост на удар, той може значително да подобри производителността и експлоатационния живот на космическите превозни средства.

Semicorex предлага персонализираниSiC продукти. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.
Телефон за връзка +86-13567891907
Имейл: sales@semicorex.com