Undersøgelsen af ​​reaktionssintret SiC-keramik og deres egenskaber

Hvorfor er siliciumcarbid vigtigt?

Siliciumcarbid (SiC) er en forbindelse dannet af kovalente bindinger mellem silicium og kulstofatomer, kendt for sin fremragende slidstyrke, termisk stødbestandighed, korrosionsbestandighed og høj varmeledningsevne. Det er meget udbredt i rumfart, mekanisk fremstilling, petrokemikalier, metalsmeltning og elektronikindustrien, især til fremstilling af slidbestandige dele og højtemperaturstrukturelle komponenter.Reaktionssintret siliciumcarbidkeramiker blandt de første strukturelle keramik til at opnå industriel produktion. Traditionelreaktionssintret siliciumcarbid keramiker lavet af siliciumcarbidpulver og en lille mængde kulstofpulver gennem højtemperatur siliciuminfiltrationsreaktionssintring, hvilket kræver lange sintringstider, høje temperaturer, højt energiforbrug og høje omkostninger. Med den voksende anvendelse af reaktionssintret siliciumcarbidteknologi er traditionelle metoder utilstrækkelige til at imødekomme den industrielle efterspørgsel efter kompleksformedesiliciumcarbid keramik.

Hvad er de seneste fremskridt inden forReaktionssintret siliciumcarbid?

Nylige fremskridt har ført til produktion af høj densitet, høj bøjningsstyrkesiliciumcarbid keramikved at bruge siliciumcarbidpulver i nanostørrelse, hvilket væsentligt forbedrer materialets mekaniske egenskaber. De høje omkostninger ved siliciumcarbidpulver i nanostørrelse, prissat til over titusindvis af dollars pr. ton, hindrer anvendelse i stor skala. I dette arbejde brugte vi bredt tilgængeligt trækul som kulstofkilde og siliciumcarbid i mikronstørrelse som tilslag ved at anvende slipstøbeteknologi til at forberedereaktionssintret siliciumcarbidkeramikgrønne kroppe. Denne tilgang eliminerer behovet for at præsyntetisere siliciumcarbidpulver, reducerer produktionsomkostningerne og muliggør fremstilling af store, kompleksformede tyndvæggede produkter, hvilket giver en reference til forbedring af ydeevnen og anvendelsen afreaktionssintret siliciumcarbid keramik.

Hvad blev råvarerne brugt?

De råmaterialer, der blev brugt i eksperimentet, omfatter:

Siliciumcarbid med en median partikelstørrelse (d50) på 3,6 μm og renhed (w(SiC)) ≥ 98 %

Carbon black med en median partikelstørrelse (d50) på 0,5 μm og renhed (w©) ≥ 99 %

Grafit med en median partikelstørrelse (d50) på 10 μm og renhed (w©) ≥ 99 %

Dispergeringsmidler: Polyvinylpyrrolidon (PVP) K30 (K-værdi 27-33) og K90 (K-værdi 88-96)

Vandreduktion: Polycarboxylat CE-64

Udløser: AO

Deioniseret vand

Hvordan blev eksperimentet udført?

Forsøget blev udført som følger:

Blanding af råmaterialerne i henhold til tabel 1 ved hjælp af en elektrisk blander i 4 timer for at opnå en ensartet blandet opslæmning.

Ved at holde opslæmningens viskositet ≤ 1000 mPa·s, blev den blandede opslæmning hældt i forberedte gipsforme til slipstøbning, fik lov til at dehydrere gennem gipsformene i 2-3 minutter for at danne grønne legemer.

De grønne legemer blev anbragt på et køligt sted i 48 timer, derefter fjernet fra formene og tørret i en vakuumtørreovn ved 80°C i 4-6 timer.

Degumering af de grønne legemer blev udført i en muffelovn ved 800°C i 2 timer for at opnå præformene.

Præformene blev indlejret i et blandet pulver af kønrøg, siliciumpulver og bornitrid i et masseforhold på 1:100:2000 og sintret i en ovn ved 1720°C i 2 timer for at opnå fuldt finpulveriseret siliciumcarbidkeramik .

Hvilke metoder blev brugt til præstationstestning?

Ydelsestest inkluderet:

Måling af gyllens viskositet ved forskellige blandingstider (1-5 timer) ved hjælp af et roterende viskosimeter ved stuetemperatur.

Måling af præformes volumentæthed efter den nationale standard GB/T 25995-2010.

Måling af bøjningsstyrken af ​​de sintrede prøver ved 1720°C i henhold til GB/T 6569-2006, med prøvedimensioner på 3 mm × 4 mm × 36 mm, spændvidde på 30 mm og belastningshastighed på 0,5 mm·min^-1 .

Analyse af fasesammensætningen og mikrostrukturen af ​​de sintrede prøver ved 1720°C ved hjælp af XRD og SEM.

Hvordan påvirker blandingstiden gyllens viskositet, præformvolumendensitet og tilsyneladende porøsitet?

Figur 1 og 2 viser henholdsvis forholdet mellem blandingstid og opslæmningsviskositet for prøve 2# og forholdet mellem blandingstid og præformvolumendensitet og tilsyneladende porøsitet.

Figur 1 viser, at når blandingstiden øges, falder viskositeten, når et minimum på 721 mPa·s efter 4 timer og stabiliserer sig derefter.

Figur 2 viser, at prøve 2# har en maksimal volumendensitet på 1,47 g·cm^-3 og en minimal tilsyneladende porøsitet på 32,4%. Lavere viskositet resulterer i bedre dispersion, hvilket fører til mere ensartet opslæmning og forbedretsiliciumcarbid keramikpræstation. Utilstrækkelig blandingstid fører til ujævn blanding af fint siliciumcarbidpulver, mens overdreven blandingstid fordamper mere vand, hvilket destabiliserer systemet. Den optimale blandingstid til fremstilling af fuldt finpulveriseret siliciumcarbidkeramik er 4 timer.

Tabel 2 viser opslæmningens viskositet, præformvolumendensitet og tilsyneladende porøsitet af prøve 2# med tilsat grafit og prøve 6# uden tilsat grafit. Tilsætningen af ​​grafit sænker opslæmningens viskositet, øger præformens volumendensitet og reducerer tilsyneladende porøsitet på grund af grafittens smørende effekt, hvilket resulterer i bedre spredning og øget densitet af fuldt fint pulver.siliciumcarbid keramik. Uden grafit har opslæmningen højere viskositet, dårligere dispersion og stabilitet, hvilket gør grafittilsætning nødvendig.

Figur 3 viser præformens volumendensitet og tilsyneladende porøsitet af prøver med forskellige carbon black-indhold. Prøve 2# har den højeste volumendensitet på 1,47 g·cm^-3 og den laveste tilsyneladende porøsitet på 32,4%. For lav porøsitet forhindrer imidlertid siliciuminfiltration.

Figur 4 viser XRD-spektrene for prøve 2# præforme og sintrede prøver ved 1720°C. Præformene indeholder grafit og β-SiC, mens de sintrede prøver indeholder Si, β-SiC og α-SiC, hvilket indikerer noget β-SiC omdannet til α-SiC ved høje temperaturer. De sintrede prøver viser også øget Si og reduceret C-indhold på grund af højtemperatur siliciuminfiltration, hvor Si reagerer med C for at danne SiC, der fylder porerne.

Figur 5 viser brudmorfologien af ​​forskellige prøvepræforme. Billederne afslører fint siliciumcarbid, grafit og porer. Prøver 1#, 4# og 5# har større flagefaser og mere ujævnt fordelte porer på grund af ujævn blanding, hvilket resulterer i lav præformdensitet og høj porøsitet. Prøve 2# med 5,94 % (vægt) kønrøg viser optimal mikrostruktur.

Figur 6 viser brudmorfologien af ​​prøve 2# efter sintring ved 1720°C, der viser tæt og ensartet fordelte siliciumcarbidpartikler med minimal porøsitet. Væksten af ​​siliciumcarbidpartikler skyldes højtemperatureffekter. Mindre nydannede SiC-partikler ses også mellem de originale SiC-skeletpartikler fra reaktionssintring, hvor noget resterende Si udfylder de originale porer, hvilket reducerer stresskoncentrationen, men potentielt påvirker ydeevnen ved høje temperaturer på grund af dets lave smeltepunkt. Det sintrede produkt har en volumendensitet på 3,02 g·cm^-3 og en bøjningsstyrke på 580 MPa, over dobbelt så høj styrke som almindeligreaktionssintret siliciumcarbid.

Konklusioner

Den optimale blandingstid for gyllen, der bruges til at tilberede helt fint pulversiliciumcarbid keramiker 4 timer. Tilsætning af grafit reducerer opslæmningens viskositet, øger præformens volumendensitet og reducerer tilsyneladende porøsitet, hvilket forbedrer tætheden af ​​fuldt finpulveretsiliciumcarbid keramik.

Det optimale carbon black-indhold til fremstilling af fuldt finpulveriseret siliciumcarbidkeramik er 5,94 % (vægt).

De sintrede siliciumcarbidpartikler er tæt og ensartet fordelt med minimal porøsitet, hvilket viser en væksttendens. Den sintrede produkttæthed er 3,02 g·cm^-3, og bøjningsstyrken er 580 MPa, hvilket væsentligt forbedrer den mekaniske styrke og densitet af fuldt finpulveretsiliciumcarbid keramik.**

Vi hos Semicorex er specialister iSiC Keramikog andre keramiske materialer anvendt i halvlederfremstilling, hvis du har spørgsmål eller har brug for yderligere detaljer, så tøv ikke med at kontakte os.

Kontakt telefon: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com