Studien om reaktionssintrad SiC-keramik och deras egenskaper

Varför är kiselkarbid viktigt?

Kiselkarbid (SiC) är en förening som bildas av kovalenta bindningar mellan kisel och kolatomer, känd för sin utmärkta slitstyrka, värmechockbeständighet, korrosionsbeständighet och höga värmeledningsförmåga. Det används i stor utsträckning inom flyg-, mekanisk tillverkning, petrokemi, metallsmältning och elektronikindustrin, särskilt för att tillverka slitstarka delar och högtemperaturkomponenter.Reaktionssintrad kiselkarbidkeramikär bland de första strukturella keramik som uppnår industriell produktion. Traditionellreaktionssintrad kiselkarbidkeramikär gjorda av kiselkarbidpulver och en liten mängd kolpulver genom sintring med högtemperaturkiselinfiltrationsreaktion, vilket kräver långa sintringstider, höga temperaturer, hög energiförbrukning och höga kostnader. Med den växande tillämpningen av reaktionssintrad kiselkarbidteknik är traditionella metoder otillräckliga för att möta den industriella efterfrågan på komplexformadekiselkarbidkeramik.

Vilka är de senaste framstegen inomReaktionssintrad kiselkarbid?

De senaste framstegen har lett till produktion av hög densitet och hög böjhållfasthetkiselkarbidkeramikanvänder kiselkarbidpulver i nanostorlek, vilket avsevärt förbättrar materialets mekaniska egenskaper. Den höga kostnaden för kiselkarbidpulver i nanostorlek, prissatt till över tiotusentals dollar per ton, hindrar dock storskalig tillämpning. I detta arbete använde vi allmänt tillgängligt träkol som kolkälla och mikronstor kiselkarbid som ballast, med hjälp av slipgjutningsteknik för att förberedareaktionssintrad kiselkarbidkeramikgröna kroppar. Detta tillvägagångssätt eliminerar behovet av att försyntetisera kiselkarbidpulver, minskar produktionskostnaderna och möjliggör tillverkning av stora, komplext formade tunnväggiga produkter, vilket ger en referens för att förbättra prestanda och tillämpning avreaktionssintrad kiselkarbidkeramik.

Vilka råvaror användes?

Råvarorna som används i experimentet inkluderar:

Kiselkarbid med en medianpartikelstorlek (d50) på 3,6 μm och renhet (w(SiC)) ≥ 98 %

Kolsvart med en medianpartikelstorlek (d50) på 0,5 μm och renhet (w©) ≥ 99 %

Grafit med en medianpartikelstorlek (d50) på 10 μm och renhet (w©) ≥ 99 %

Dispergeringsmedel: Polyvinylpyrrolidon (PVP) K30 (K-värde 27-33) och K90 (K-värde 88-96)

Vattenreducerare: Polykarboxylat CE-64

Releaseagent: AO

Avjoniserat vatten

Hur genomfördes experimentet?

Experimentet genomfördes enligt följande:

Blandning av råvarorna enligt tabell 1 med hjälp av en elektrisk mixer i 4 timmar för att erhålla en jämnt blandad uppslamning.

Under det att uppslamningens viskositet hölls ≤ 1000 mPa·s, hälldes den blandade uppslamningen i preparerade gipsformar för glidgjutning, fick torka genom gipsformarna under 2-3 minuter för att bilda gröna kroppar.

De gröna kropparna placerades på en sval plats under 48 timmar, avlägsnades sedan från formarna och torkades i en vakuumtorkugn vid 80°C under 4-6 timmar.

Avsmutsning av råkropparna utfördes i en muffelugn vid 800°C under 2 timmar för att erhålla förformarna.

Förformarna bäddades in i ett blandat pulver av kimrök, kiselpulver och bornitrid i ett massförhållande av 1:100:2000 och sintrades i en ugn vid 1720°C under 2 timmar för att erhålla helt finpulveriserad kiselkarbidkeramik. .

Vilka metoder användes för prestandatestning?

Prestandatestning inkluderade:

Mätning av slurryns viskositet vid olika blandningstider (1-5 timmar) med hjälp av en roterande viskosimeter vid rumstemperatur.

Mätning av förformarnas volymdensitet enligt den nationella standarden GB/T 25995-2010.

Mätning av böjhållfastheten för de sintrade proverna vid 1720°C enligt GB/T 6569-2006, med provdimensioner på 3 mm × 4 mm × 36 mm, spännvidd på 30 mm och laddningshastighet på 0,5 mm·min^-1 .

Analys av fassammansättningen och mikrostrukturen för de sintrade proverna vid 1720°C med hjälp av XRD och SEM.

Hur påverkar blandningstiden slurryns viskositet, preformvolymdensitet och skenbar porositet?

Figurerna 1 respektive 2 visar förhållandet mellan blandningstid och slurryviskositet för prov 2#, och förhållandet mellan blandningstid och förformsvolymdensitet och skenbar porositet.

Figur 1 indikerar att när blandningstiden ökar, minskar viskositeten och når ett minimum av 721 mPa·s vid 4 timmar och stabiliseras sedan.

Figur 2 visar att prov 2# har en maximal volymdensitet på 1,47 g·cm^-3 och en minsta skenbar porositet på 32,4%. Lägre viskositet resulterar i bättre spridning, vilket leder till mer enhetlig uppslamning och förbättradkiselkarbidkeramikprestanda. Otillräcklig blandningstid leder till ojämn blandning av fint kiselkarbidpulver, medan överdriven blandningstid förångar mer vatten, vilket destabiliserar systemet. Den optimala blandningstiden för framställning av helfinpulveriserad kiselkarbidkeramik är 4 timmar.

Tabell 2 listar uppslamningens viskositet, förformens volymdensitet och skenbar porositet för prov 2# med tillsatt grafit och prov 6# utan tillsatt grafit. Tillsatsen av grafit sänker slurryns viskositet, ökar förformens volymdensitet och minskar skenbar porositet på grund av grafitens smörjande effekt, vilket resulterar i bättre spridning och ökad densitet av helt finpulver.kiselkarbidkeramik. Utan grafit har slammet högre viskositet, sämre dispersion och stabilitet, vilket gör tillsats av grafit nödvändig.

Figur 3 visar förformens volymdensitet och skenbara porositet för prover med olika kimröksinnehåll. Prov 2# har den högsta volymdensiteten på 1,47 g·cm^-3 och den lägsta skenbara porositeten på 32,4%. För låg porositet hindrar dock kiselinfiltration.

Figur 4 visar XRD-spektra för prov 2# förformar och sintrade prover vid 1720°C. Förformarna innehåller grafit och β-SiC, medan de sintrade proverna innehåller Si, β-SiC och α-SiC, vilket indikerar att viss β-SiC omvandlas till α-SiC vid höga temperaturer. De sintrade proverna visar också ökat Si och minskat C-innehåll på grund av högtemperaturkiselinfiltration, där Si reagerar med C för att bilda SiC och fyller porerna.

Figur 5 visar brottmorfologin för olika provförformer. Bilderna avslöjar fin kiselkarbid, grafit och porer. Proverna 1#, 4# och 5# har större flingfaser och mer ojämnt fördelade porer på grund av ojämn blandning, vilket resulterar i låg förformdensitet och hög porositet. Prov 2# med 5,94 % (vikt) kolsvart visar optimal mikrostruktur.

Figur 6 visar brottmorfologin för prov 2# efter sintring vid 1720°C, uppvisande tätt och jämnt fördelade kiselkarbidpartiklar med minimal porositet. Tillväxten av kiselkarbidpartiklar beror på högtemperatureffekter. Mindre nybildade SiC-partiklar ses också mellan de ursprungliga SiC-skelettpartiklarna från reaktionssintring, med en del kvarvarande Si som fyller de ursprungliga porerna, vilket minskar spänningskoncentrationen men potentiellt påverkar högtemperaturprestanda på grund av dess låga smältpunkt. Den sintrade produkten har en volymdensitet på 3,02 g·cm^-3 och en böjhållfasthet på 580 MPa, över dubbelt så stark hållfasthet som vanligreaktionssintrad kiselkarbid.

Slutsatser

Den optimala blandningstiden för slurryn som används för att bereda helt finpulverkiselkarbidkeramikär 4 timmar. Tillsats av grafit minskar slammets viskositet, ökar förformens volymdensitet och minskar skenbar porositet, vilket förbättrar densiteten hos helt finpulver.kiselkarbidkeramik.

Den optimala kimrökshalten för framställning av helt finpulveriserad kiselkarbidkeramik är 5,94 % (vikt).

De sintrade kiselkarbidpartiklarna är tätt och jämnt fördelade med minimal porositet, vilket visar en tillväxttrend. Den sintrade produktens densitet är 3,02 g·cm^-3, och böjhållfastheten är 580 MPa, vilket avsevärt förbättrar den mekaniska hållfastheten och densiteten för helt finpulveriserat material.kiselkarbidkeramik.**

Vi på Semicorex är specialiserade påSiC Keramikoch andra keramiska material som används i halvledartillverkning, om du har några frågor eller behöver ytterligare information, tveka inte att kontakta oss.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com