Förberedelseprocess för SiC-keramik

Kiselkarbidkeramikär bland de mest använda materialen i strukturell keramik. På grund av deras relativt låga värmeutvidgning, höga specifika hållfasthet, höga värmeledningsförmåga och hårdhet, slitstyrka och korrosionsbeständighet, och viktigast av allt, deras förmåga att upprätthålla goda prestanda även vid temperaturer så höga som 1650°C, används kiselkarbidkeramik i stor utsträckning inom olika områden.

Vanliga sintringsmetoder för kiselkarbidkeramik inkluderar: trycklös sintring, reaktionssintring och omkristallisationssintring.

1. Reaktionssintrad SiC(RBSiC)

Reaktionssintring innebär att man blandar en kolkälla med kiselkarbidpulver, bildar en presskropp och låter sedan flytande kisel infiltrera presskroppen vid hög temperatur och reagerar med kolet för att bilda β-SiC, vilket uppnår förtätning. Den uppvisar nästan noll krympning, vilket gör den lämplig för stora och komplexa delar. Den har också låg sintringstemperatur och låg kostnad, men fritt kisel kan minska prestanda vid hög temperatur.

Reaktionssintrad SiC är en mycket attraktiv strukturell keramik med utmärkta mekaniska egenskaper såsom hög hållfasthet, korrosionsbeständighet och oxidationsbeständighet. Dessutom har den låg sintringstemperatur, låg sintringskostnad och nästan nätformad formning.

Reaktionssintringsprocessen är enkel. Det innebär att man blandar en kolkälla och SiC-pulver för att förbereda en grön kropp och sedan, under kapillärkraft vid hög temperatur, infiltrera smält kisel i den porösa gröna kroppen. Detta smälta kisel reagerar med kolkällan inuti den gröna kroppen för att bilda en β-SiC-fas, som samtidigt binder tätt med den ursprungliga α-SiC. De återstående porerna fylls med smält kisel, vilket uppnår förtätning av det keramiska materialet. Under sintring reduceras storleken, vilket ger nästan nätformad formning, vilket möjliggör tillverkning av komplexa former efter behov. Därför används det ofta i industriell produktion av olika keramiska produkter.

När det gäller applikationer är högtemperaturugnsmöbelmaterial, strålningsrör, värmeväxlare och avsvavlingsmunstycken typiska applikationer för reaktionssintrad kiselkarbidkeramik. Dessutom, på grund av kiselkarbids låga värmeutvidgningskoefficient, höga elasticitetsmodul och nästan nätformiga egenskaper, är reaktionssintrad kiselkarbid också ett idealiskt material för rymdspeglar. Dessutom, med ökningen av waferstorlek och värmebehandlingstemperatur, ersätter reaktionssintrad kiselkarbid gradvis kvartsglas. Komponenter av hög renhet av kiselkarbid (SiC) som innehåller en partiell kiselfas kan framställas med användning av högrent kiselkarbidpulver och högrent kisel. Dessa komponenter används ofta i stödfixturer för utrustning för tillverkning av elektronrör och halvledarskivor.

2. Trycklöst sintrad SiC(SSiC)

Trycklös sintring är uppdelad i fast-fas och flytande-fas sintring: Fast-fas sintring, med tillsats av B/C-tillsatser, uppnår fast-fas diffusion förtätning vid höga temperaturer, vilket resulterar i god hög temperatur prestanda men korn förgrovning. Vätskefassintring använder tillsatser som Al2O3-Y2O3 för att bilda en flytande fas, vilket sänker temperaturen, vilket resulterar i finare korn och högre seghet. Denna teknik är billig, tillåter olika former och är lämplig för strukturella precisionskomponenter som tätningsringar, lager och skottsäkra pansar.

Trycklös sintring anses vara den mest lovande sintringsmetoden för SiC. Denna metod är anpassningsbar till olika formningsprocesser, har lägre produktionskostnader, är inte begränsad av form eller storlek och är den vanligaste och enklaste sintringsmetoden för massproduktion.

Trycklös sintring involverar tillsats av bor och kol till β-SiC som innehåller spårmängder av syre och sintring vid cirka 2000 ℃ i en inert atmosfär för att erhålla en sintrad kiselkarbidkropp med 98 % teoretisk densitet. Denna metod har i allmänhet två tillvägagångssätt: sintring i fast tillstånd och sintring i flytande tillstånd. Trycklös sintrad kiselkarbid i fast tillstånd uppvisar hög densitet och renhet, och i synnerhet har den unik hög värmeledningsförmåga och utmärkt högtemperaturhållfasthet, vilket gör den lätt att bearbeta till stora och komplexa keramiska enheter.

Trycklösa sintrade kiselkarbidprodukter: a) Keramiska tätningar. b) Keramiska lager. (c) skottsäkra plåtar

När det gäller applikationer är trycklös sintring av SiC enkel att använda, måttligt kostnadseffektiv och lämplig för massproduktion av keramiska delar av olika former. Det används i stor utsträckning i slitstarka och korrosionsbeständiga tätningsringar, glidlager etc. Dessutom används trycklös sintrad kiselkarbidkeramik i stor utsträckning i skottsäkra pansar, såsom för fordons- och fartygsskydd, såväl som civila kassaskåp och pansarlastbilar, på grund av deras höga hårdhet, goda egenskaper, låga kostnader för brytning, absorption av kula och specifik vikt. Som ett skottsäkert pansarmaterial uppvisar det utmärkt motstånd mot flera stötar, och dess totala skyddande effekt är överlägsen vanlig kiselkarbidkeramik. När den används i lätt cylindrisk keramisk skyddsrustning, kan dess brottpunkt nå över 65 ton, vilket visar betydligt bättre skyddsprestanda än cylindrisk keramisk skyddsrustning som använder vanlig kiselkarbidkeramik.

3. Omkristalliserad sintrad SiC-keramik (R-SiC)

Omkristallisationssintring involverar graderade grova och fina SiC-partiklar och högtemperaturbehandling. De fina partiklarna avdunstar och kondenserar vid halsen på de grova partiklarna och bildar en överbryggande struktur utan korngränsföroreningar. Produkten har en porositet på 10-20%, god värmeledningsförmåga och värmechockbeständighet, men låg hållfasthet. Den har ingen volymkrympning och är lämplig för porösa ugnsmöbler etc.

Omkristallisationssintringsteknologi har väckt stor uppmärksamhet eftersom den inte kräver tillsats av sintringshjälpmedel. Omkristallisationssintring är den vanligaste metoden för att framställa storskaliga SiC-keramiska enheter med ultrahög renhet. Beredningsprocessen för omkristalliserad sintrad SiC-keramik (R-SiC) är som följer: grova och fina SiC-pulver av olika partikelstorlekar blandas i en viss proportion och prepareras till gröna ämnen genom processer som slipgjutning, gjutning och extrudering. Sedan bränns de gröna ämnena vid en hög temperatur på 2200~2450 ℃ under en inert atmosfär. Slutligen avdunstar de fina partiklarna gradvis till en gasfas och kondenserar vid kontaktpunkterna med de grova partiklarna och bildar R-SiC-keramik.

R-SiC bildas vid höga temperaturer och har en hårdhet näst efter diamant. Den behåller många av de utmärkta egenskaperna hos SiC, såsom hög hållfasthet vid hög temperatur, stark korrosionsbeständighet, utmärkt oxidationsbeständighet och god termisk chockbeständighet. Därför är det ett idealiskt kandidatmaterial för högtemperaturugnsmöbler, värmeväxlare eller förbränningsmunstycken. Inom flyg- och militärområdet används omkristalliserad kiselkarbid för att tillverka strukturella komponenter i flygfordon, såsom motorer, stjärtfenor och flygkroppar. På grund av dess överlägsna mekaniska egenskaper, korrosionsbeständighet och slagtålighet, kan den avsevärt förbättra prestanda och livslängd för flygfordon.

Semicorex erbjuder skräddarsyddaSiC-produkter. Om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.
Kontakta telefonnummer +86-13567891907
E-post: sales@semicorex.com