Proces przygotowania ceramiki SiC

Ceramika z węglika krzemunależą do najpowszechniej stosowanych materiałów w ceramice konstrukcyjnej. Ze względu na stosunkowo niską rozszerzalność cieplną, wysoką wytrzymałość właściwą, wysoką przewodność cieplną i twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję, a co najważniejsze, zdolność do utrzymywania dobrych parametrów nawet w temperaturach sięgających 1650°C, ceramika z węglika krzemu jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach.

Typowe metody spiekania ceramiki z węglika krzemu obejmują: spiekanie bezciśnieniowe, spiekanie reakcyjne i spiekanie rekrystalizacyjne.

1. Spiek reakcyjny SiC (RBSiC)

Spiekanie reakcyjne polega na mieszaniu źródła węgla z proszkiem węglika krzemu, tworząc wypraskę, a następnie pozwalając ciekłemu krzemowi na infiltrację wypraski w wysokiej temperaturze i reakcję z węglem, tworząc β-SiC, osiągając zagęszczenie. Wykazuje skurcz bliski zeru, dzięki czemu nadaje się do dużych i skomplikowanych części. Charakteryzuje się również niską temperaturą spiekania i niskim kosztem, ale wolny krzem może zmniejszyć wydajność w wysokich temperaturach.

Spiek reakcyjny SiC to bardzo atrakcyjna ceramika strukturalna o doskonałych właściwościach mechanicznych, takich jak wysoka wytrzymałość, odporność na korozję i odporność na utlenianie. Ponadto charakteryzuje się niską temperaturą spiekania, niskim kosztem spiekania i formowaniem w kształcie zbliżonym do netto.

Proces spiekania reakcyjnego jest prosty. Polega na zmieszaniu źródła węgla i proszku SiC w celu przygotowania surowej bryły, a następnie pod wpływem siły kapilarnej w wysokiej temperaturze infiltracji stopionego krzemu do porowatej surowej bryły. Ten stopiony krzem reaguje ze źródłem węgla wewnątrz surowej bryły, tworząc fazę β-SiC, która jednocześnie ściśle wiąże się z pierwotnym α-SiC. Pozostałe pory wypełnia się roztopionym krzemem, uzyskując w ten sposób zagęszczenie materiału ceramicznego. Podczas spiekania rozmiar jest zmniejszany, osiągając kształt zbliżony do kształtu netto, co pozwala na wytwarzanie skomplikowanych kształtów w razie potrzeby. Dlatego jest szeroko stosowany w przemysłowej produkcji różnych wyrobów ceramicznych.

Jeśli chodzi o zastosowania, typowymi zastosowaniami ceramiki z węglika krzemu spiekanej reakcyjnie są wysokotemperaturowe materiały mebli do pieców, rury promiennikowe, wymienniki ciepła i dysze odsiarczające. Ponadto, ze względu na niski współczynnik rozszerzalności cieplnej węglika krzemu, wysoki moduł sprężystości i właściwości formowania zbliżone do kształtu netto, węglik krzemu spiekany reakcyjnie jest również idealnym materiałem na zwierciadła kosmiczne. Ponadto, wraz ze wzrostem wielkości płytek i temperatury obróbki cieplnej, węglik krzemu spiekany reakcyjnie stopniowo zastępuje szkło kwarcowe. Komponenty z węglika krzemu (SiC) o wysokiej czystości zawierające częściową fazę krzemu można wytwarzać przy użyciu proszku węglika krzemu o wysokiej czystości i krzemu o wysokiej czystości. Komponenty te są szeroko stosowane w uchwytach wsporczych urządzeń do produkcji lamp elektronowych i płytek półprzewodnikowych.

2. Bezciśnieniowy spiekany SiC(SSiC)

Spiekanie bezciśnieniowe dzieli się na spiekanie w fazie stałej i w fazie ciekłej: Spiekanie w fazie stałej z dodatkiem dodatków B/C umożliwia zagęszczenie dyfuzyjne w fazie stałej w wysokich temperaturach, co skutkuje dobrą wydajnością w wysokich temperaturach, ale gruboziarnistością ziaren. Spiekanie w fazie ciekłej wykorzystuje dodatki takie jak Al2O3-Y2O3 w celu utworzenia fazy ciekłej, co obniża temperaturę, co skutkuje drobniejszymi ziarnami i wyższą wytrzymałością. Technologia ta jest tania, pozwala na uzyskanie różnych kształtów i nadaje się do precyzyjnych elementów konstrukcyjnych, takich jak pierścienie uszczelniające, łożyska i pancerze kuloodporne.

Spiekanie bezciśnieniowe jest uważane za najbardziej obiecującą metodę spiekania SiC. Metodę tę można dostosować do różnych procesów formowania, ma niższe koszty produkcji, nie jest ograniczona kształtem ani rozmiarem i jest najczęstszą i najłatwiejszą metodą spiekania w produkcji masowej.

Spiekanie bezciśnieniowe polega na dodaniu boru i węgla do β-SiC zawierającego śladowe ilości tlenu i spiekaniu w temperaturze około 2000 ℃ w atmosferze obojętnej w celu uzyskania spiekanej bryły z węglika krzemu o gęstości teoretycznej 98%. W tej metodzie stosuje się ogólnie dwa podejścia: spiekanie w stanie stałym i spiekanie w stanie ciekłym. Bezciśnieniowy spiekany węglik krzemu w stanie stałym charakteryzuje się dużą gęstością i czystością, a w szczególności posiada wyjątkową wysoką przewodność cieplną i doskonałą wytrzymałość w wysokich temperaturach, dzięki czemu można go łatwo przetwarzać na wyroby ceramiczne o dużych rozmiarach i skomplikowanych kształtach.

Produkty ze spiekanego bezciśnieniowo węglika krzemu: a) uszczelki ceramiczne; b) łożyska ceramiczne; c) tablice kuloodporne

Pod względem zastosowań bezciśnieniowe spiekanie SiC jest proste w obsłudze, umiarkowanie opłacalne i odpowiednie do masowej produkcji części ceramicznych o różnych kształtach. Jest szeroko stosowany w odpornych na zużycie i korozję pierścieniach uszczelniających, łożyskach ślizgowych itp. Ponadto bezciśnieniowa ceramika ze spiekanego węglika krzemu jest szeroko stosowana w kuloodpornych pancerzach, takich jak ochrona pojazdów i statków, a także cywilnych sejfach i opancerzonych ciężarówkach, ze względu na ich wysoką twardość, niski ciężar właściwy, dobre właściwości balistyczne, zdolność do pochłaniania większej ilości energii po stłuczeniu i niski koszt. Jako kuloodporny materiał pancerza wykazuje doskonałą odporność na wielokrotne uderzenia, a jego ogólne działanie ochronne jest lepsze niż zwykła ceramika z węglika krzemu. W przypadku zastosowania w lekkim cylindrycznym ceramicznym pancerzu ochronnym jego punkt pękania może osiągnąć ponad 65 ton, wykazując znacznie lepsze właściwości ochronne niż cylindryczny ceramiczny pancerz ochronny wykonany ze zwykłej ceramiki z węglika krzemu.

3. Rekrystalizowana ceramika spiekana SiC (R-SiC)

Spiekanie rekrystalizacyjne obejmuje sortowane grube i drobne cząstki SiC oraz obróbkę w wysokiej temperaturze. Drobne cząstki odparowują i skraplają się w szyjce większych cząstek, tworząc strukturę mostkową bez zanieczyszczeń na granicach ziaren. Produkt ma porowatość 10-20%, dobrą przewodność cieplną i odporność na szok termiczny, ale niską wytrzymałość. Nie wykazuje skurczu objętościowego i nadaje się do porowatych mebli piecowych itp.

Technologia spiekania rekrystalizacyjnego cieszy się dużym zainteresowaniem, ponieważ nie wymaga dodawania środków wspomagających spiekanie. Spiekanie rekrystalizacyjne jest najpowszechniejszą metodą wytwarzania wielkogabarytowych urządzeń ceramicznych SiC o ultrawysokiej czystości. Proces przygotowania rekrystalizowanej spiekanej ceramiki SiC (R-SiC) jest następujący: gruboziarniste i drobne proszki SiC o różnych rozmiarach cząstek miesza się w określonej proporcji i przygotowuje w surowe półprodukty w procesach takich jak odlewanie, formowanie i wytłaczanie. Następnie zielone półfabrykaty wypala się w wysokiej temperaturze 2200 ~ 2450 ℃ w atmosferze obojętnej. Na koniec drobne cząstki stopniowo odparowują do fazy gazowej i kondensują w punktach kontaktu z grubymi cząstkami, tworząc ceramikę R-SiC.

R-SiC tworzy się w wysokich temperaturach i ma twardość ustępując jedynie diamentowi. Zachowuje wiele doskonałych właściwości SiC, takich jak wysoka wytrzymałość w wysokiej temperaturze, silna odporność na korozję, doskonała odporność na utlenianie i dobra odporność na szok termiczny. Dlatego jest idealnym materiałem kandydatem na wyposażenie pieców wysokotemperaturowych, wymienniki ciepła lub dysze spalania. W przemyśle lotniczym i wojskowym rekrystalizowany węglik krzemu jest używany do produkcji elementów konstrukcyjnych pojazdów kosmicznych, takich jak silniki, stateczniki ogonowe i kadłuby. Ze względu na swoje doskonałe właściwości mechaniczne, odporność na korozję i odporność na uderzenia może znacznie poprawić wydajność i żywotność pojazdów lotniczych.

Semicorex oferuje spersonalizowaneProdukty SiC. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.
Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com