Procesul de preparare a ceramicii SiC

Ceramica cu carbură de siliciusunt printre cele mai utilizate materiale în ceramica structurală. Datorită expansiunii termice relativ scăzute, rezistenței specifice ridicate, conductivității și durității termice ridicate, rezistenței la uzură și a rezistenței la coroziune și, cel mai important, capacității lor de a menține performanțe bune chiar și la temperaturi de până la 1650°C, ceramica cu carbură de siliciu este utilizată pe scară largă în diverse domenii.

Metodele obișnuite de sinterizare pentru ceramica cu carbură de siliciu includ: sinterizarea fără presiune, sinterizarea prin reacție și sinterizarea prin recristalizare.

1. SiC sinterizat prin reacție (RBSiC)

Sinterizarea prin reacție implică amestecarea unei surse de carbon cu pulbere de carbură de siliciu, formarea unui compact și apoi permiterea siliciului lichid să se infiltreze în compact la temperatură ridicată și să reacționeze cu carbonul pentru a forma β-SiC, realizând densificarea. Prezintă o contracție aproape de zero, făcându-l potrivit pentru piese mari și complexe. De asemenea, se mândrește cu o temperatură scăzută de sinterizare și un cost redus, dar siliciul liber poate reduce performanța la temperatură ridicată.

SiC sinterizat prin reacție este o ceramică structurală foarte atractivă, cu proprietăți mecanice excelente, cum ar fi rezistența ridicată, rezistența la coroziune și rezistența la oxidare. În plus, are o temperatură scăzută de sinterizare, un cost scăzut de sinterizare și o formă aproape netă.

Procesul de sinterizare cu reacție este simplu. Aceasta implică amestecarea unei surse de carbon și a pulberii de SiC pentru a pregăti un corp verde, apoi, sub forța capilară la temperatură înaltă, infiltrarea siliciului topit în corpul verde poros. Acest siliciu topit reacționează cu sursa de carbon din interiorul corpului verde pentru a forma o fază β-SiC, care se leagă simultan strâns cu α-SiC original. Porii rămași sunt umpluți cu siliciu topit, realizând astfel densificarea materialului ceramic. În timpul sinterizării, dimensiunea este redusă, obținându-se formarea în formă aproape netă, permițând fabricarea de forme complexe după cum este necesar. Prin urmare, este utilizat pe scară largă în producția industrială a diferitelor produse ceramice.

În ceea ce privește aplicațiile, materialele de mobilier pentru cuptoare la temperatură înaltă, tuburile radiante, schimbătoarele de căldură și duzele de desulfurare sunt aplicații tipice ale ceramicii cu carbură de siliciu sinterizată prin reacție. În plus, datorită coeficientului scăzut de dilatare termică al carburii de siliciu, modulului elastic ridicat și caracteristicile de formare aproape nete, carbura de siliciu sinterizată prin reacție este, de asemenea, un material ideal pentru oglinzile spațiale. În plus, odată cu creșterea dimensiunii plachetei și a temperaturii tratamentului termic, carbura de siliciu sinterizată prin reacție înlocuiește treptat sticla de cuarț. Componentele din carbură de siliciu de înaltă puritate (SiC) care conțin o fază parțială de siliciu pot fi produse folosind pulbere de carbură de siliciu de înaltă puritate și siliciu de înaltă puritate. Aceste componente sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele de sprijin pentru echipamentele de fabricare a tuburilor electronice și a plachetelor semiconductoare.

2. SiC sinterizat fără presiune (SSiC)

Sinterizarea fără presiune este împărțită în sinterizarea în fază solidă și în fază lichidă: Sinterizarea în fază solidă, cu adăugarea de aditivi B/C, realizează densificarea difuziei în fază solidă la temperaturi ridicate, rezultând o performanță bună la temperatură înaltă, dar grosierul cerealelor. Sinterizarea în fază lichidă folosește aditivi precum Al2O3-Y2O3 pentru a forma o fază lichidă, scăzând temperatura, rezultând boabe mai fine și duritate mai mare. Această tehnologie este ieftină, permite diferite forme și este potrivită pentru componente structurale de precizie, cum ar fi inele de etanșare, rulmenți și armuri antiglonț.

Sinterizarea fără presiune este considerată cea mai promițătoare metodă de sinterizare pentru SiC. Această metodă este adaptabilă la diferite procese de formare, are costuri de producție mai mici, nu este limitată de formă sau dimensiune și este cea mai comună și mai ușoară metodă de sinterizare pentru producția de masă.

Sinterizarea fără presiune implică adăugarea de bor și carbon la β-SiC care conține urme de oxigen și sinterizarea la aproximativ 2000 ℃ într-o atmosferă inertă pentru a obține un corp sinterizat cu carbură de siliciu cu 98% densitate teoretică. Această metodă are în general două abordări: sinterizarea în stare solidă și sinterizarea în stare lichidă. Carbura de siliciu sinterizată în stare solidă fără presiune prezintă densitate și puritate ridicate și, în special, posedă o conductivitate termică unică ridicată și o rezistență excelentă la temperatură ridicată, făcându-l ușor de prelucrat în dispozitive ceramice de dimensiuni mari și de formă complexă.

Produse din carbură de siliciu sinterizată fără presiune: (a) garnituri ceramice; (b) rulmenți ceramici; (c) plăci antiglonț

În ceea ce privește aplicațiile, sinterizarea fără presiune a SiC este ușor de utilizat, moderat rentabilă și potrivită pentru producția în masă a pieselor ceramice de diferite forme. Este utilizat pe scară largă în inele de etanșare rezistente la uzură și coroziune, rulmenți de alunecare etc. În plus, ceramica din carbură de siliciu sinterizată fără presiune este utilizată pe scară largă în blindajele antiglonț, cum ar fi pentru protecția vehiculelor și navelor, precum și în seifurile civile și camioanele blindate, datorită durității lor ridicate, gravității specifice scăzute, performanțelor balistice bune, pentru a absorbi mai multă energie balistică, după spargere. Ca material de armură antiglonț, prezintă o rezistență excelentă la impacturi multiple, iar efectul său de protecție general este superior ceramicii obișnuite cu carbură de siliciu. Atunci când este utilizat în armurile de protecție ceramice cilindrice ușoare, punctul său de rupere poate ajunge la peste 65 de tone, demonstrând performanțe de protecție semnificativ mai bune decât armurile de protecție ceramice cilindrice folosind ceramică obișnuită din carbură de siliciu.

3. Ceramica SiC sinterizată recristalizată (R-SiC)

Sinterizarea de recristalizare implică particule de SiC grosiere și fine gradate și tratament la temperatură înaltă. Particulele fine se evaporă și se condensează la gâtul particulelor grosiere, formând o structură de punte fără impurități la granulă. Produsul are o porozitate de 10-20%, conductivitate termică bună și rezistență la șoc termic, dar rezistență scăzută. Nu are contracție de volum și este potrivit pentru mobilierul poros din cuptor etc.

Tehnologia de sinterizare prin recristalizare a atras atenția pe scară largă deoarece nu necesită adăugarea de ajutoare de sinterizare. Sinterizarea de recristalizare este cea mai comună metodă de preparare a dispozitivelor ceramice SiC de puritate ultra-înaltă, la scară largă. Procesul de preparare a ceramicii SiC sinterizate recristalizate (R-SiC) este următorul: pulberile de SiC grosiere și fine de diferite dimensiuni ale particulelor sunt amestecate într-o anumită proporție și preparate în semifabricate verzi prin procese precum turnarea cu alunecare, turnarea și extrudarea. Apoi, blancurile verzi sunt arse la o temperatură ridicată de 2200 ~ 2450 ℃ într-o atmosferă inertă. În cele din urmă, particulele fine se evaporă treptat într-o fază gazoasă și se condensează în punctele de contact cu particulele grosiere, formând ceramică R-SiC.

R-SiC se formează la temperaturi ridicate și are o duritate a doua numai după diamant. Acesta păstrează multe dintre proprietățile excelente ale SiC, cum ar fi rezistența ridicată la temperatură ridicată, rezistența puternică la coroziune, rezistența excelentă la oxidare și rezistența bună la șocuri termice. Prin urmare, este un material candidat ideal pentru mobilier pentru cuptoare de temperatură înaltă, schimbătoare de căldură sau duze de ardere. În domeniul aerospațial și militar, carbura de siliciu recristalizată este utilizată pentru fabricarea componentelor structurale ale vehiculelor aerospațiale, cum ar fi motoare, aripioare de coadă și fuselaje. Datorită proprietăților sale mecanice superioare, rezistenței la coroziune și rezistenței la impact, poate îmbunătăți considerabil performanța și durata de viață a vehiculelor aerospațiale.

Oferte Semicorex personalizateproduse SiC. Dacă aveți întrebări sau aveți nevoie de detalii suplimentare, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.
Telefon de contact +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com