Изследването на реакционно синтерованата SiC керамика и техните свойства

Защо силициевият карбид е важен?

Силициевият карбид (SiC) е съединение, образувано от ковалентни връзки между силиций и въглеродни атоми, известно със своята отлична устойчивост на износване, устойчивост на термичен удар, устойчивост на корозия и висока топлопроводимост. Той се използва широко в космическата промишленост, машиностроенето, нефтохимикалите, топенето на метали и електронната индустрия, особено за производство на устойчиви на износване части и структурни компоненти при висока температура.Реакционно синтерована керамика от силициев карбидса сред първите структурни керамики, които са постигнали производство в индустриален мащаб. Традиционенреакционно синтерована керамика от силициев карбидса направени от прах от силициев карбид и малко количество въглероден прах чрез високотемпературно синтероване на силициева инфилтрация, което изисква дълги времена на синтероване, високи температури, висока консумация на енергия и високи разходи. С нарастващото приложение на технологията на реакционно синтерован силициев карбид, традиционните методи са недостатъчни, за да отговорят на индустриалното търсене на сложни формисилициево-карбидна керамика.

Какви са последните постижения вРеакционно синтерован силициев карбид?

Последните постижения доведоха до производството на продукти с висока плътност и висока якост на огъванесилициево-карбидна керамикаизползвайки прах от силициев карбид с нано размери, което значително подобрява механичните свойства на материала. Въпреки това, високата цена на прах от силициев карбид с нано размери, на цена от над десетки хиляди долари за тон, възпрепятства широкомащабното приложение. В тази работа използвахме широко разпространен дървен въглен като източник на въглерод и силициев карбид с микронни размери като агрегат, използвайки технология за леене чрез плъзгане, за да подготвимреакционно синтерована керамика от силициев карбидзелени тела. Този подход елиминира необходимостта от предварително синтезиране на прах от силициев карбид, намалява производствените разходи и позволява производството на големи тънкостенни продукти със сложна форма, предоставяйки референция за подобряване на производителността и приложението нареакционно синтерована керамика от силициев карбид.

Какви са били използваните суровини?

Суровините, използвани в експеримента, включват:

Силициев карбид със среден размер на частиците (d50) 3,6 μm и чистота (w(SiC)) ≥ 98 %

Сажди със среден размер на частиците (d50) от 0,5 μm и чистота (w©) ≥ 99%

Графит със среден размер на частиците (d50) от 10 μm и чистота (w©) ≥ 99%

Диспергатори: Поливинилпиролидон (PVP) K30 (K стойност 27-33) и K90 (K стойност 88-96)

Воден редуктор: Поликарбоксилат CE-64

Освобождаващ агент: AO

Дейонизирана вода

Как беше проведен експериментът?

Експериментът беше проведен, както следва:

Смесване на суровините съгласно таблица 1 с електрически миксер в продължение на 4 часа до получаване на еднородна смесена каша.

Поддържайки вискозитета на суспензията ≤ 1000 mPa·s, смесената суспензия се излива в подготвени гипсови форми за шликерно леене, оставя се да се дехидратира през гипсовите форми за 2-3 минути, за да се образуват зелени тела.

Зелените тела се поставят на хладно място за 48 часа, след това се изваждат от формите и се сушат във вакуумна сушилня при 80°С за 4-6 часа.

Дегумирането на зелените тела се извършва в муфелна пещ при 800°C в продължение на 2 часа, за да се получат заготовките.

Предварителните форми бяха поставени в смесен прах от сажди, силициев прах и борен нитрид в масово съотношение 1:100:2000 и синтеровани в пещ при 1720°C в продължение на 2 часа, за да се получи напълно фино прахообразна силициева карбидна керамика .

Какви методи бяха използвани за тестване на производителността?

Тестването на производителността включва:

Измерване на вискозитета на суспензията при различни времена на смесване (1-5 часа) с помощта на ротационен вискозиметър при стайна температура.

Измерване на обемната плътност на преформите съгласно националния стандарт GB/T 25995-2010.

Измерване на якостта на огъване на синтерованите проби при 1720°C съгласно GB/T 6569-2006, с размери на пробата 3 mm × 4 mm × 36 mm, обхват 30 mm и скорост на натоварване 0,5 mm·min^-1 .

Анализиране на фазовия състав и микроструктурата на синтерованите проби при 1720°C с помощта на XRD и SEM.

Как времето за смесване влияе върху вискозитета на суспензията, обемната плътност на заготовката и видимата порьозност?

Фигури 1 и 2 съответно показват връзката между времето на смесване и вискозитета на суспензията за проба 2# и връзката между времето на смесване и обемната плътност на заготовката и видимата порьозност.

Фигура 1 показва, че с увеличаване на времето за смесване вискозитетът намалява, достигайки минимум 721 mPa·s на 4 часа и след това се стабилизира.

Фигура 2 показва, че проба 2# има максимална обемна плътност от 1,47 g·cm^-3 и минимална видима порьозност от 32,4%. По-ниският вискозитет води до по-добра дисперсия, което води до по-равномерна и подобрена суспензиясилициево-карбидна керамикаизпълнение. Недостатъчното време за смесване води до неравномерно смесване на фин прах от силициев карбид, докато прекомерното време за смесване изпарява повече вода, дестабилизирайки системата. Оптималното време за смесване за приготвяне на напълно фино прахова керамика от силициев карбид е 4 часа.

Таблица 2 изброява вискозитета на суспензията, обемната плътност на заготовката и видимата порьозност на проба 2# с добавен графит и проба 6# без добавен графит. Добавянето на графит понижава вискозитета на суспензията, увеличава обемната плътност на заготовката и намалява видимата порьозност поради смазващия ефект на графита, което води до по-добра дисперсия и повишена плътност на напълно фин прахсилициево-карбидна керамика. Без графит суспензията има по-висок вискозитет, по-лоша дисперсия и стабилност, което прави добавянето на графит необходимо.

Фигура 3 показва обемната плътност на заготовката и видимата порьозност на проби с различно съдържание на сажди. Проба 2# има най-високата обемна плътност от 1,47 g·cm^-3 и най-ниската видима порьозност от 32,4%. Твърде ниската порьозност обаче възпрепятства инфилтрацията на силиций.

Фигура 4 показва XRD спектрите на проба 2# заготовки и синтеровани проби при 1720°C. Предварителните форми съдържат графит и β-SiC, докато синтерованите проби съдържат Si, β-SiC и α-SiC, което показва, че някои β-SiC се трансформират в α-SiC при високи температури. Спечените проби също показват повишено съдържание на Si и намалено съдържание на C поради високотемпературна силициева инфилтрация, където Si реагира с C, за да образува SiC, запълвайки порите.

Фигура 5 показва морфологията на счупване на различни заготовки на проби. Изображенията разкриват фин силициев карбид, графит и пори. Проби 1#, 4# и 5# имат по-големи фази на люспи и по-неравномерно разпределени пори поради неравномерно смесване, което води до ниска плътност на заготовката и висока порьозност. Проба 2# с 5,94% (w) сажди показва оптимална микроструктура.

Фигура 6 показва морфологията на счупване на проба 2# след синтероване при 1720°C, показвайки плътно и равномерно разпределени частици от силициев карбид с минимална порьозност. Растежът на частиците от силициев карбид се дължи на високотемпературни ефекти. По-малки новообразувани SiC частици също се виждат между оригиналните SiC скелетни частици от реакционно синтероване, като някои остатъчни SiC запълват оригиналните пори, намалявайки концентрацията на напрежение, но потенциално засягайки високотемпературните характеристики поради ниската си точка на топене. Спеченият продукт има обемна плътност от 3,02 g·cm^-3 и якост на огъване от 580 MPa, два пъти повече от якостта на обикновенияреакционно синтерован силициев карбид.

Изводи

Оптималното време за смесване на суспензията, използвана за приготвяне на напълно фин прахсилициево-карбидна керамикае 4 часа. Добавянето на графит намалява вискозитета на суспензията, увеличава обемната плътност на заготовката и намалява видимата порьозност, повишавайки плътността на напълно фин прахсилициево-карбидна керамика.

Оптималното съдържание на сажди за приготвяне на изцяло фино прахообразна силициева карбидна керамика е 5,94% (w).

Спечените частици от силициев карбид са плътно и равномерно разпределени с минимална порьозност, показвайки тенденция на растеж. Плътността на синтерования продукт е 3,02 g·cm^-3, а якостта на огъване е 580 MPa, което значително подобрява механичната якост и плътността на напълно финия прахсилициево-карбидна керамика.**

Ние от Semicorex сме специализирани вSiC керамикаи други керамични материали, използвани в производството на полупроводници, 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