Vật liệu gốm silicon cacbua

Do khả năng chống mài mòn tuyệt vời của họ, dẫn nhiệt, kháng oxy hóa, và tính chất cơ học nhiệt độ cao nổi bật, cacbua silic (SiC) Gốm được sử dụng rộng rãi trong vòng bi chính xác, con dấu, Tua bin khí cánh quạt, Thành phần quang học, Vòi phun nhiệt độ cao, bộ phận trao đổi nhiệt, và vật liệu lò phản ứng hạt nhân. Tuy nhiên, Liên kết cộng hóa trị mạnh mẽ và hệ số khuếch tán thấp của SIC đặt ra những thách thức đáng kể trong việc đạt được mật độ thiêu kết trong quá trình chế tạo. Do đó, Các quá trình thiêu kết là rất quan trọng để sản xuất gốm sic hiệu suất cao.

Current methods for preparing dense SiC ceramics include Liên kết phản ứng (chung), không áp lực/thiêu kết khí quyển (chung), Kết tinh lại thiêu kết, ép nóng, và nhấn nóng isostatic. Các tính chất của gốm sic khác nhau tùy thuộc vào quy trình sản xuất. Vì thế, what do abbreviations like SSiC, Sisic, RBSiC, và Rsic đại diện?

Cacbua silic liên kết phản ứng (Rbsic/sisic)

Tổng quan về quy trình

Một hỗn hợp được phân loại của bột sic (1Mạnh10 μm) và carbon được định hình thành một cơ thể màu xanh lá cây. Ở nhiệt độ cao, Xâm nhập silicon xảy ra: Silicon phản ứng với carbon để tạo thành SIC bổ sung, Liên kết với ma trận sic gốc. Hai phương pháp xâm nhập silicon tồn tại:

1. Xâm nhập pha lỏng: Ở 1.450 bóng1,470 ° C. (Điểm tan chảy của silicon), Silicon lỏng đi vào lỗ chân lông thông qua hành động mao quản và phản ứng với carbon.
2. Xâm nhập pha hơi: Trên điểm tan chảy silicon silicon, hơi silicon xâm nhập vào cơ thể màu xanh lá cây.

Dòng chảy quá trình:
Bột sic + C bột + Binder → Định hình → sấy khô → loại bỏ chất kết dính dưới bầu không khí bảo vệ → thâm nhiễm silicon → xử lý hậu kỳ.

Ghi chú chính

• RBSiC contains 8Silic15% silicon miễn phí, making it a SI/SIC composite rather than pure SiC.
• Free silicon limits operating temperatures to dưới 1.400 ° C.; Sức mạnh giảm mạnh so với điều này do silicon tan chảy.
• Sự xâm nhập pha hơi làm giảm hàm lượng silicon miễn phí (<10%), cải thiện hiệu suất.

Đặc điểm và ứng dụng

• Thuận lợi: Nhiệt độ thiêu kết thấp, tiết kiệm chi phí, hình thành gần n-net với <3% co ngót, Lý tưởng cho các thành phần lớn/phức tạp (ví dụ., đồ nội thất lò nung, nồi nấu kim loại, trao đổi nhiệt).
• Các ứng dụng: Các bộ phận RBSIC tinh khiết cao (ví dụ., Đồ đạc xử lý wafer bán dẫn) Thay thế thạch anh bằng thiết bị điện tử. Notable producers include UK’s Từ chối and Japan’s Glass Asahi.
• Giới hạn: Silicon miễn phí làm giảm khả năng chống mài mòn và ổn định hóa học (dễ bị tổn thương bởi axit kiềm/HF).

Ứng dụng cổ điển: Vòi phun xoắn ốc để chà gas, làm mát, và đàn áp lửa.

(Các ứng dụng chung của vòi phun xoắn ốc: khí thải chà; Làm mát khí; quá trình chà và rửa; phòng cháy chữa cháy)

Sic không áp lực/khí quyển sic (Pssic)

Tổng quan về quy trình

Sintering occurs at 2,000Mùi2,150 ° C. under inert gas without external pressure. Phụ gia (ví dụ., boron, carbon, Y₂o₃-al₂o₃) Thúc đẩy mật độ. Hai kiểu con tồn tại:

1. Trạng thái rắn SiC thiêu kết (SSiC):
   • Được phát minh bởi Prochazka (1974) Sử dụng-sic với phụ gia B/C.
   • Ranh giới hạt sạch, Độ ổn định nhiệt độ cao (lên đến 1.600 ° C.), Nhưng các loại ngũ cốc thô và độ dẻo dai thấp.
2. Sic pha chất lỏng (LSIC):
   • Sử dụng các chất phụ gia y₂o₃-al₂o₃ cho nhiệt độ thiêu kết thấp hơn.
   • Ngũ cốc tốt, Cải thiện độ bền thông qua gãy giữa các hạt.

Các ứng dụng

Mặc/chống ăn mòn con dấu chống ăn mòn, vòng bi, và các thành phần cấu trúc.

Cacbua silic kết tinh lại (Rsic)

Tổng quan về quy trình

Bột sic tinh khiết cao (thô + ngũ cốc tốt) are sintered at 2,200Mùi2,450 ° C. via Sự bốc hơi-ngưng tụ without additives. Non-densifying mechanism retains 10Độ xốp 20%.

Đặc điểm và ứng dụng

• Thuận lợi: Cấu trúc xốp (lỗ chân lông liên kết), Độ tinh khiết cực cao (>99% SiC), Sốc nhiệt/kháng hóa chất tuyệt vời.
• Các ứng dụng: Nội thất lò nung nhiệt độ cao, Bộ chuyển đổi nhiệt mặt trời, Bộ lọc hạt diesel, và các thành phần luyện kim.

Cacbua silicon ép nóng (Hpsic)

Tổng quan về quy trình

Tâm áp áp lực nóng bỏng thiêu kết (HÔNG) là làm cho vật liệu (bột, phôi hoặc cơ thể thiêu kết) Trong quá trình gia nhiệt trải qua áp suất cân bằng khác nhau, với khí trơ argon hoặc nitơ là môi trường truyền áp suất, với sự trợ giúp của nhiệt độ cao và áp lực cao để thúc đẩy hành động chung của mật độ của quá trình.

Quá trình hông có thể được chia thành hai loại:

1) Bột gốm được gói gọn trực tiếp sau khi thiêu kết hông, I E., bộ gói của quy trình hông;

2) bởi nguyên liệu thô thông qua khuôn đúc (Một loạt các gốm sứ) Quá trình đúc có thể là), tạo trước để đạt được một mật độ nhất định, Vật liệu không có trạng thái lỗ chân lông mở, và sau đó bằng nhiệt độ cao và áp suất cao sau điều trị.

Đặc trưng

• Mật độ cao, ngũ cốc tốt, tính chất cơ học vượt trội.
• Giới hạn: Giá cao, Công cụ phức tạp, Độ phức tạp thành phần hạn chế.

Spark plasma thiêu kết silicon cacbua (SPSSIC)

Thiêu kết nhanh và hiệu quả các vật liệu ở nhiệt độ thấp có thể đạt được bằng cách sử dụng thiêu kết huyết tương phóng điện (SPS).

Trước hết, Nguyên liệu thô được đặt trong khuôn than chì (Mặc dù việc thiêu kết huyết tương xuất viện tương tự như ép nóng, nó không sử dụng hệ thống sưởi gián tiếp bằng máy phát nhiệt, Nhưng hiện tại làm nóng khuôn và bột), và sau đó nhiệt độ tăng nhanh và phôi phải chịu áp lực và dòng điện DC, và thiêu kết được hoàn thành trong một thời gian ngắn (Khi hiện tại rất cao, Nó tạo ra nhiệt và plasma trong mẫu, và sự tăng mật độ nhanh chóng đạt được trong 10 min). (Khi hiện tại cao, Joule Heat và Plasma được tạo ra trong mẫu, và mật độ nhanh chóng đạt được trong 10 min, với mật độ tương đối của 98-99.5%).

So với các kỹ thuật thiêu kết thông thường để chuẩn bị gốm silicon mật độ cao, Sự thiêu kết huyết tương xuất viện có tốc độ gia nhiệt nhanh hơn, nhiệt độ thiêu kết thấp hơn, và thời gian thiêu kết ngắn hơn. Đồng thời, Do thời gian thiêu kết rất ngắn khi thiêu kết huyết tương, Sự phát triển hạt của vật liệu gốm bị hạn chế để có thể duy trì các hạt mịn và đồng nhất. Tương tự như ép nóng và nhấn nóng, nó có thể được thực hiện với kích thước ít hơn.

Phần kết luận

Gốm silicon cacbua thể hiện tính linh hoạt đáng chú ý trong các ngành công nghiệp, Với các quy trình sản xuất chỉ ra các tài sản và ứng dụng cuối cùng của họ. Liên kết phản ứng (Rbsic/sisic) ưu tiên hiệu quả chi phí và khả năng mở rộng cho lớn, Các thành phần phức tạp, trong khi thiêu kết không áp lực (Ssic/lsic) vượt trội trong việc sản xuất tinh khiết cao, bộ phận chịu mài mòn. SIC kết tinh lại (Rsic) phát triển mạnh trong môi trường nhiệt và ăn mòn cực độ do độ tinh khiết và cấu trúc xốp cực cao của nó, trong khi sic được ép nóng (HP sic) Cung cấp hiệu suất cơ học vượt trội cho chuyên ngành, Các thành phần hình đơn giản. Các kỹ thuật mới nổi như Spark Plasma thiêu kết tăng cường tốc độ xử lý và độ chính xác. Các kỹ sư phải cân bằng các yếu tố như điều kiện hoạt động, Độ tinh khiết vật chất, Độ phức tạp hình học, và ngân sách để chọn biến thể SIC tối ưu, đảm bảo sự liên kết với nhu cầu công nghiệp cụ thể và các biên giới công nghệ thúc đẩy.