9 silicio karbido keramikos sukepinimo metodų apžvalga

Silicio karbidas (SiC), iškili konstrukcinė keramika, garsėja savo išskirtinėmis savybėmis, įskaitant stiprumą aukštoje temperatūroje, kietumą, elastingumo modulį, atsparumą dilimui, šilumos laidumą ir atsparumą korozijai. Dėl šių savybių jis tinkamas įvairioms reikmėms, pradedant tradiciniu pramoniniu naudojimu aukštos temperatūros krosnių balduose, degiklio purkštukuose, šilumokaičiuose, sandarinimo žieduose ir slankiojančiuose guoliuose, baigiant pažangiomis programomis, tokiomis kaip balistiniai šarvai, erdvės veidrodžiai, puslaidininkinių plokštelių griebtuvai, ir branduolinio kuro danga.

Sukepinimo procesas yra labai svarbus nustatant galutines savybesSiC keramika. Išsamūs tyrimai leido sukurti įvairius sukepinimo būdus, pradedant nuo nusistovėjusių metodų, tokių kaip reakcinis sukepinimas, sukepinimas be slėgio, sukepinimas per kristalizaciją ir karštasis presavimas, iki naujesnių naujovių, tokių kaip kibirkštinis plazminis sukepinimas, greitas sukepinimas ir sukepinimas svyruojančiu slėgiu.

Štai atidžiau pažvelkime į devynis žinomusSiC keramikasukepinimo technika:

1. Karštas spaudimas:

Pradėjo Alliegro ir kt. Norton kompanijoje karštas presavimas apima tuo pačiu metu šilumos ir slėgio poveikį aSiC milteliaikompaktiškas štampelyje. Šis metodas leidžia vienu metu tankinti ir formuoti. Nors efektyvus karštas presavimas reikalauja sudėtingos įrangos, specializuotų štampų ir griežtos proceso kontrolės. Jo apribojimai apima didelį energijos suvartojimą, ribotą formos sudėtingumą ir dideles gamybos sąnaudas.

2. Reakcinis sukepinimas:

Pirmą kartą P. Popperis pasiūlė šeštajame dešimtmetyje, reakcijos sukepinimas apima maišymąSiC milteliaisu anglies šaltiniu. Žalias korpusas, suformuotas slydimo liejimo, sauso presavimo arba šalto izostatinio presavimo būdu, patenka į silicio infiltracijos procesą. Kaitinant aukštesnėje nei 1500 °C temperatūroje vakuume arba inertinėje atmosferoje, išsilydo silicis, kuris kapiliariniu būdu prasiskverbia į akingą kūną. Skystas arba dujinis silicis reaguoja su anglimi, sudarydamas in situ β-SiC, kuris jungiasi su esamomis SiC dalelėmis, todėl susidaro tanki keramika.

Reakciniu būdu surištas SiC pasižymi žema sukepinimo temperatūra, ekonomiškumu ir dideliu tankumu. Dėl nežymaus susitraukimo sukepinimo metu jis ypač tinka dideliems, sudėtingos formos komponentams. Įprastai naudojami aukštos temperatūros krosnių baldai, spinduliavimo vamzdžiai, šilumokaičiai ir sieros šalinimo purkštukai.

RBSiC valties „Semicorex“ proceso maršrutas

3. Beslėgis sukepinimas:

Sukūrė S. Prochazka ir kt. GE 1974 m. beslėgis sukepinimas pašalina išorinio slėgio poreikį. Tankėjimas vyksta 2000-2150°C temperatūroje esant atmosferos slėgiui (1,01×105 Pa) inertinėje atmosferoje, naudojant sukepinimo priedus. Beslėgis sukepinimas gali būti toliau skirstomas į kietojo kūno ir skystosios fazės sukepinimą.

Kietojo kūno beslėgio sukepinimo būdu pasiekiamas didelis tankis (3,10-3,15 g/cm3) be tarpkristalinių stiklo fazių, todėl išgaunamos išskirtinės mechaninės savybės aukštoje temperatūroje, kai naudojimo temperatūra siekia 1600°C. Tačiau per didelis grūdų augimas aukštoje sukepinimo temperatūroje gali neigiamai paveikti stiprumą.

Skystosios fazės beslėgis sukepinimas išplečia SiC keramikos taikymo sritį. Skystoji fazė, susidaranti lydant vieną komponentą arba kelių komponentų eutektinę reakciją, pagerina tankinimo kinetiką, užtikrindama aukštą difuzijos kelią, dėl kurio sumažėja sukepinimo temperatūra, palyginti su kietojo kūno sukepimu. Smulkaus grūdelio dydis ir likutinė tarpgranulinė skystoji fazė skystoje fazėje sukepintame SiC skatina perėjimą nuo transgranulinio į tarpgranulinį lūžį, padidina lenkimo stiprumą ir atsparumą lūžiams.

Beslėgis sukepinimas yra brandi technologija, turinti tokių privalumų kaip ekonomiškumas ir formos universalumas. Visų pirma, kietojo kūno sukepintas SiC pasižymi dideliu tankiu, vienoda mikrostruktūra ir puikiu bendru našumu, todėl tinka dilimui ir korozijai atspariems komponentams, tokiems kaip sandarinimo žiedai ir slydimo guoliai.

Beslėgis sukepinto silicio karbido šarvai

4. Rekristalizavimo sukepinimas:

Devintajame dešimtmetyje Kriegesmannas pademonstravo didelio našumo perkristalizuotos medžiagos gamybą.SiC keramikaliejimo būdu, po to sukepinant 2450 °C temperatūroje. FCT (Vokietija) ir Norton (JAV) šią techniką greitai pritaikė didelio masto gamybai.

Perkristalizuotas SiC apima žalio korpuso sukepinimą, susidariusį supakavus įvairaus dydžio SiC daleles. Smulkios dalelės, tolygiai pasiskirsčiusios stambesnių dalelių tarpuose, išgaruoja ir kondensuojasi didesnių dalelių sąlyčio taškuose esant aukštesnei nei 2100°C temperatūrai kontroliuojamoje atmosferoje. Šis garavimo-kondensacijos mechanizmas formuoja naujas grūdelių ribas dalelių kakliukuose, todėl grūdai auga, formuojasi kaklelis ir susidaro sukepintas kūnas su likutiniu poringumu.

Pagrindinės perkristalizuoto SiC savybės:

Minimalus susitraukimas: jei sukepinimo metu nėra grūdelių ribos arba tūrio difuzijos, susitraukimas yra nereikšmingas.

Near-Net Formavimas: Sukepinto tankis išlieka beveik identiškas žaliojo kūno tankiui.

Švarios grūdelių ribos: perkristalizuoto SiC yra švarios grūdelių ribos, kuriose nėra stiklo fazių ar priemaišų.

Likutinis poringumas: Sukepintas korpusas paprastai išlaiko 10–20 % poringumą.

5. Karštas izostatinis presavimas (HIP):

HIP naudoja inertinių dujų slėgį (paprastai argoną), kad padidintų tankinimą. Kompaktiški SiC milteliai, sandarūs stiklinėje arba metalinėje talpykloje, krosnyje veikiami izostatiniu slėgiu. Kai temperatūra pakyla iki sukepinimo diapazono, kompresorius palaiko pradinį kelių megapaskalių dujų slėgį. Šis slėgis laipsniškai didėja kaitinant ir pasiekia iki 200 MPa, efektyviai pašalinant vidines poras ir pasiekiamas didelis tankis.

6. Kibirkštinis plazminis sukepinimas (SPS):

SPS yra nauja miltelinės metalurgijos technika, skirta gaminti tankias medžiagas, įskaitant metalus, keramiką ir kompozitus. Jis naudoja didelės energijos elektrinius impulsus, kad generuotų impulsinę elektros srovę ir tarp miltelių dalelių sukeltų kibirkšties plazmą. Šis lokalizuotas kaitinimas ir plazmos generavimas vyksta santykinai žemoje temperatūroje ir trumpą laiką, todėl galima greitai sukepinti. Procesas efektyviai pašalina paviršiaus teršalus, suaktyvina dalelių paviršius ir skatina greitą tankinimą. SPS buvo sėkmingai naudojamas gaminant tankią SiC keramiką, naudojant Al2O3 ir Y2O3 kaip sukepinimo priemones.

7. Sukepinimas mikrobangų krosnelėje:

Skirtingai nuo įprasto kaitinimo, sukepinimas mikrobangų krosnelėje padidina medžiagų dielektrinius nuostolius mikrobangų elektromagnetiniame lauke, kad būtų pasiektas tūrinis kaitinimas ir sukepinimas. Šis metodas suteikia pranašumų, tokių kaip žemesnė sukepinimo temperatūra, greitesnis kaitinimas ir geresnis tankinimas. Padidėjęs masės pernešimas mikrobangų sukepinimo metu taip pat skatina smulkiagrūdžių mikrostruktūrų susidarymą.

8. Flash sukepinimas:

Greitas sukepinimas (FS) sulaukė dėmesio dėl mažo energijos suvartojimo ir itin greito sukepinimo kinetikos. Procesas apima įtampos taikymą per žalią korpusą krosnyje. Pasiekus slenkstinę temperatūrą, staigus netiesinis srovės padidėjimas sukuria greitą Džaulio kaitinimą, dėl kurio per kelias sekundes beveik akimirksniu sutankėja.

9. Svyravimo slėgio sukepinimas (OPS):

Dinaminio slėgio įvedimas sukepinimo metu sutrikdo dalelių blokavimą ir aglomeraciją, sumažina porų dydį ir pasiskirstymą. Dėl to susidaro labai tankios, smulkiagrūdės ir vienalytės mikrostruktūros, todėl gaunama itin tvirta ir patikima keramika. Sukurta Xie Zhipeng komandos iš Tsinghua universiteto, OPS pakeičia pastovų statinį slėgį įprasto sukepinimo metu dinaminiu virpesių slėgiu.

OPS siūlo keletą privalumų:

Padidintas žalios spalvos tankis: Nuolatinis svyravimo slėgis skatina dalelių persitvarkymą, žymiai padidindamas žalios spalvos tankį.

Didesnė sukepinimo varomoji jėga: OPS suteikia didesnę varomąją jėgą tankinimui, grūdų sukimosi gerinimui, slydimui ir plastiko srautui. Tai ypač naudinga vėlesniuose sukepinimo etapuose, kai kontroliuojamas virpesių dažnis ir amplitudė veiksmingai pašalina likusias poras prie grūdelių ribų.

Virpesinio slėgio sukepinimo įrangos nuotrauka

Įprastų metodų palyginimas:

Tarp šių metodų, reakcinis sukepinimas, beslėgis sukepinimas ir rekristalizacinis sukepinimas yra plačiai naudojami pramoninėje SiC gamyboje, kiekvienas turi unikalių pranašumų, todėl skiriasi mikrostruktūra, savybės ir pritaikymas.

Reakciniu būdu surištas SiC:Siūlo žemą sukepinimo temperatūrą, ekonomiškumą, minimalų susitraukimą ir didelį tankį, todėl tinka dideliems, sudėtingos formos komponentams. Įprastai naudojami aukštos temperatūros krosnių baldai, degiklio purkštukai, šilumokaičiai ir optiniai reflektoriai.

Beslėgis sukepintas SiC:Užtikrina ekonominį efektyvumą, formos universalumą, didelį tankį, vienodą mikrostruktūrą ir puikias bendras savybes, todėl puikiai tinka tiksliems komponentams, tokiems kaip sandarikliai, slankiojantys guoliai, balistiniai šarvai, optiniai reflektoriai ir puslaidininkinių plokštelių griebtuvai.

Perkristalizuotas SiC:Pasižymi gryno SiC fazėmis, dideliu grynumu, dideliu poringumu, puikiu šilumos laidumu ir atsparumu šiluminiam smūgiui, todėl tinka aukštos temperatūros krosnių baldams, šilumokaičiams ir degiklio purkštukams.**

Mes, Semicorex, specializuojamėsSiC keramika ir kitiKeraminės medžiagostaikomas puslaidininkių gamyboje, jei turite klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti: +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com