Fremstillingsproces af SiC-keramik

Siliciumcarbid keramiker blandt de mest udbredte materialer i strukturel keramik. På grund af deres relativt lave termiske ekspansion, høje specifikke styrke, høje termiske ledningsevne og hårdhed, slidstyrke og korrosionsbestandighed, og vigtigst af alt, deres evne til at opretholde en god ydeevne selv ved temperaturer så høje som 1650°C, anvendes siliciumcarbidkeramik i vid udstrækning inden for forskellige områder.

Almindelige sintringsmetoder til siliciumcarbidkeramik omfatter: trykløs sintring, reaktionssintring og omkrystallisationssintring.

1. Reaktionssintret SiC(RBSiC)

Reaktionssintring involverer at blande en kulstofkilde med siliciumcarbidpulver, danne en kompakt og derefter lade flydende silicium infiltrere kompakten ved høj temperatur og reagere med kulstoffet for at danne β-SiC, hvilket opnår fortætning. Den udviser næsten nul krympning, hvilket gør den velegnet til store og komplekse dele. Det kan også prale af lav sintringstemperatur og lave omkostninger, men gratis silicium kan reducere ydeevnen ved høje temperaturer.

Reaktionssintret SiC er en yderst attraktiv strukturel keramik med fremragende mekaniske egenskaber såsom høj styrke, korrosionsbestandighed og oxidationsbestandighed. Desuden har den lav sintringstemperatur, lave sintringsomkostninger og næsten-net-form formning.

Reaktionssintringsprocessen er enkel. Det involverer at blande en kulstofkilde og SiC-pulver for at forberede et grønt legeme, og derefter under højtemperaturkapillærkraft infiltrere smeltet silicium ind i det porøse grønne legeme. Dette smeltede silicium reagerer med kulstofkilden inde i det grønne legeme og danner en β-SiC-fase, som samtidig binder tæt med den originale α-SiC. De resterende porer fyldes med smeltet silicium, hvorved der opnås fortætning af det keramiske materiale. Under sintring reduceres størrelsen, hvilket opnår næsten-net-form dannelse, hvilket muliggør fremstilling af komplekse former efter behov. Derfor er det meget udbredt i industriel produktion af forskellige keramiske produkter.

Med hensyn til anvendelser er højtemperaturovnsmøbelmaterialer, strålerør, varmevekslere og afsvovlingsdyser typiske anvendelser af reaktionssintret siliciumcarbidkeramik. Ydermere, på grund af siliciumcarbids lave termiske udvidelseskoefficient, høje elasticitetsmodul og næsten-net-formdannende egenskaber, er reaktionssintret siliciumcarbid også et ideelt materiale til rumspejle. Derudover erstatter reaktionssintret siliciumcarbid gradvist kvartsglas med stigningen i waferstørrelse og varmebehandlingstemperatur. Komponenter af højrent siliciumcarbid (SiC) indeholdende en delvis siliciumfase kan fremstilles ved hjælp af siliciumcarbidpulver med høj renhed og silicium med høj renhed. Disse komponenter er meget udbredt i støttearmaturer til udstyr til fremstilling af elektronrør og halvlederwafer.

2. Trykløst sintret SiC(SSiC)

Trykløs sintring er opdelt i fastfase- og flydendefasesintring: Fastfasesintring med tilsætning af B/C-additiver opnår fastfase-diffusionsfortætning ved høje temperaturer, hvilket resulterer i god højtemperaturydelse, men kornforgrovning. Væskefasesintring bruger tilsætningsstoffer som Al2O3-Y2O3 til at danne en flydende fase, hvilket sænker temperaturen, hvilket resulterer i finere korn og højere sejhed. Denne teknologi er billig, giver mulighed for forskellige former og er velegnet til præcise strukturelle komponenter såsom tætningsringe, lejer og skudsikker rustning.

Trykløs sintring betragtes som den mest lovende sintringsmetode for SiC. Denne metode kan tilpasses forskellige formningsprocesser, har lavere produktionsomkostninger, er ikke begrænset af form eller størrelse og er den mest almindelige og nemmeste sintringsmetode til masseproduktion.

Trykløs sintring involverer tilsætning af bor og kulstof til β-SiC indeholdende spormængder af oxygen og sintring ved omkring 2000 ℃ i en inert atmosfære for at opnå et siliciumcarbidsintret legeme med 98% teoretisk densitet. Denne metode har generelt to tilgange: sintring i fast tilstand og sintring i flydende tilstand. Trykløs sintret siliciumcarbid i fast form udviser høj densitet og renhed, og det har især en unik høj termisk ledningsevne og fremragende højtemperaturstyrke, hvilket gør det nemt at forarbejde til store og komplekse keramiske enheder.

Trykløse sintrede siliciumcarbidprodukter: a) keramiske tætninger; (b) keramiske lejer; (c) skudsikre plader

Med hensyn til applikationer er trykløs sintring af SiC enkel at betjene, moderat omkostningseffektiv og velegnet til masseproduktion af keramiske dele i forskellige former. Det er meget udbredt i slid- og korrosionsbestandige tætningsringe, glidelejer osv. Ydermere er trykløs sintret siliciumcarbid keramik i vid udstrækning brugt i skudsikker panser, såsom til beskyttelse af køretøjer og skibe, såvel som civile pengeskabe og pansrede lastbiler, på grund af deres høje hårdhed, brudgodhed, lav mere specifik tyngdekraft, efter boldevne og lav vægtfylde. Som et skudsikkert rustningsmateriale udviser det fremragende modstandsdygtighed over for flere stød, og dets samlede beskyttende effekt er overlegen i forhold til almindelig siliciumcarbidkeramik. Når det bruges i letvægts cylindrisk keramisk beskyttende panser, kan dets brudpunkt nå over 65 tons, hvilket viser en væsentlig bedre beskyttelsesydelse end cylindrisk keramisk beskyttelsesrustning, der bruger almindelig siliciumcarbidkeramik.

3. Omkrystalliseret sintret SiC-keramik (R-SiC)

Omkrystallisationssintring involverer graderede grove og fine SiC-partikler og højtemperaturbehandling. De fine partikler fordamper og kondenserer ved halsen af ​​de grove partikler og danner en brostruktur uden urenheder i korngrænsen. Produktet har en porøsitet på 10-20%, god varmeledningsevne og termisk stødmodstand, men lav styrke. Den har ingen volumenkrympning og er velegnet til porøse ovnmøbler mv.

Rekrystallisationssintringsteknologi har tiltrukket sig udbredt opmærksomhed, fordi den ikke kræver tilføjelse af sintringshjælpemidler. Rekrystallisationssintring er den mest almindelige metode til fremstilling af keramiske enheder med ultrahøj renhed i stor skala. Fremstillingsprocessen for omkrystalliseret sintret SiC-keramik (R-SiC) er som følger: Grove og fine SiC-pulvere af forskellige partikelstørrelser blandes i en vis mængde og fremstilles til grønne emner gennem processer som slipstøbning, støbning og ekstrudering. Derefter brændes de grønne emner ved en høj temperatur på 2200 ~ 2450 ℃ under en inert atmosfære. Til sidst fordamper de fine partikler gradvist til en gasfase og kondenserer ved kontaktpunkterne med de grove partikler og danner R-SiC keramik.

R-SiC dannes ved høje temperaturer og har en hårdhed, der kun er anden end diamant. Det bevarer mange af SiC's fremragende egenskaber, såsom høj højtemperaturstyrke, stærk korrosionsbestandighed, fremragende oxidationsbestandighed og god termisk stødbestandighed. Derfor er det et ideelt kandidatmateriale til højtemperaturovnsmøbler, varmevekslere eller forbrændingsdyser. Inden for rumfart og militære områder bruges omkrystalliseret siliciumcarbid til fremstilling af strukturelle komponenter til rumfartskøretøjer, såsom motorer, halefinner og flykroppe. På grund af dets overlegne mekaniske egenskaber, korrosionsbestandighed og slagfasthed kan det i høj grad forbedre ydeevnen og levetiden for rumfartskøretøjer.

Semicorex tilbyder tilpassedeSiC produkter. Hvis du har spørgsmål eller brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.
Kontakt telefon # +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com