无压烧结碳化硅的简介
无压烧结碳化硅 (PS-SIC) 是一个高性能的 陶瓷材料 以其出色的机械方式闻名, 热的, 和化学性质. 与反应键合或热压SIC不同, PS-SIC在没有外部压力的情况下实现致密性, 使其具有成本效益并适应复杂形状. 关键特征包括:
- 高硬度 (knoop硬度〜2500 kg/mm²)
- 低密度 (3.10–3.18 g/cm³)
- Superior thermal conductivity (最多 120 瓦/米·K)
- Excellent corrosion resistance to acids, 碱, 和熔融金属.
该材料广泛用于航空航天, 活力, 以及国防行业的性能和负担能力平衡.
PS-SIC块的制造过程
PS-SIC的产生涉及两个主要的烧结机制: solid-phase and liquid-phase sintering.
固相烧结
- 烧结辅助工具: 硼 (乙) 和碳 (C) 添加到α/β-SIC粉末中.
- B减少晶界能量.
- C与表面SiO₂反应以增强反应性SIO2(s)+3C(s)→High tempSiC(s)+2一氧化碳(g).
- 过程参数:
- 温度: 2020–2150°C.
- 密度: 到 99.5% 具有优化的B₄C-C添加剂.
液相烧结
- 烧结辅助工具: al₂o₃-y₂o₃形成一个低熔点液相 (yag).
- 优点:
- 降低烧结温度 (〜1850°C).
- 细粒度的微观结构可改善韧性.
关键属性和优势
PS-SIC在关键指标中的表现优于其他陶瓷:
| 财产 | PS-SIC | 反应结合的SIC | 氧化铝 |
|---|---|---|---|
| 密度 (克/立方厘米) | 3.10–3.18 | 3.05–3.15 | 3.5 |
| 弯曲强度 (兆帕) | 400–550 | 350–500 | 350 |
| 断裂韧性 | 4.0–6.4 MPA·M¹/² | 4.0–5.0 MPa·M¹/² | 2.8–4.5 MPA·M¹/² |
| 成本 (美元/公斤) | 350–400 | 700–800 | 70–80 |
独特的优势:
- 形状灵活性: 与干压兼容, 粉浆浇铸, 和冷等静止.
- 高温稳定性: 保持强度高达1600°C.
跨行业的申请
A. 弹道保护
- 由于高可硬度与密度比，用于轻质装甲板.
- 多层设计 (例如, 碳化硅 + 聚乙烯) 增强冲击力.
乙. 工业组件
- 密封戒指和轴承: 耐腐蚀环境中的耐磨性.
- 半导体设备: 高纯度SIC用于晶圆处理.
C. 能源和环境
- 热交换器: 承受核反应堆的极端温度.
- 过滤器: 用于熔融金属纯化.
无压烧结的SIC块正在彻底改变行业，在极端条件下要求可靠性. 随着对添加剂制造和混合复合材料的持续研究, 该材料有望解锁高级陶瓷的新边界.
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