Specialūs silicio karbido keramikos paruošimo būdai

Silicio karbido (SiC) keramikamedžiagos turi daugybę puikių savybių, įskaitant atsparumą aukštai temperatūrai, stiprų atsparumą oksidacijai, puikų atsparumą dilimui, šiluminį stabilumą, mažą šiluminio plėtimosi koeficientą, didelį šilumos laidumą, didelį kietumą, atsparumą šiluminiam smūgiui ir atsparumą cheminei korozijai. Dėl šių savybių SiC keramika vis labiau pritaikoma įvairiose srityse, tokiose kaip automobilių, mechanikos ir chemijos pramonė, aplinkos apsauga, kosmoso technologijos, informacinė elektronika ir energetika.SiC keramikadėl savo išskirtinių savybių tapo nepakeičiama struktūrine keramika daugelyje pramonės sektorių.

Kokios yra struktūrinės savybės, kurios pagerinaSiC keramika?

Aukščiausios savybėsSiC keramikayra glaudžiai susiję su jų unikalia struktūra. SiC yra junginys su labai stipriais kovalentiniais ryšiais, kur Si-C jungties joninis pobūdis yra tik apie 12%. Dėl to gaunamas didelis stiprumas ir didelis elastingumo modulis, užtikrinantis puikų atsparumą dilimui. Gryno SiC nerūdija rūgštiniai tirpalai, tokie kaip HCl, HNO3, H2SO4 ar HF, nei šarminiai tirpalai, tokie kaip NaOH. Nors jis linkęs oksiduotis kaitinant ore, SiO2 sluoksnio susidarymas ant paviršiaus slopina tolesnę deguonies difuziją, todėl oksidacijos greitis yra žemas. Be to, SiC pasižymi puslaidininkinėmis savybėmis, pasižymi geru elektros laidumu, kai įvedamas nedidelis kiekis priemaišų, ir puikų šilumos laidumą.

Kaip įvairios SiC kristalinės formos veikia jo savybes?

SiC yra dviejų pagrindinių kristalų formų: α ir β. β-SiC turi kubinę kristalų struktūrą, o Si ir C sudaro į veidą nukreiptas kubines groteles. α-SiC yra daugiau nei 100 politipų, įskaitant 4H, 15R ir 6H, o 6H yra dažniausiai naudojamas pramonėje. Šių politipų stabilumas kinta priklausomai nuo temperatūros. Žemesnėje nei 1600°C temperatūroje SiC egzistuoja β pavidalu, o aukštesnėje nei 1600°C temperatūroje β-SiC palaipsniui virsta įvairiais α-SiC politipais. Pavyzdžiui, 4H-SiC susidaro maždaug 2000 °C temperatūroje, o 15R ir 6H politipams lengvai susidaryti reikalinga aukštesnė nei 2100 °C temperatūra. 6H politipas išlieka stabilus net aukštesnėje nei 2200°C temperatūroje. Nedidelis šių politipų laisvosios energijos skirtumas reiškia, kad net ir nedidelės priemaišos gali pakeisti jų šiluminio stabilumo santykius.

Kokie yra SiC miltelių gamybos būdai?

SiC miltelių paruošimas gali būti suskirstytas į kietosios fazės sintezę ir skystosios fazės sintezę pagal pradinę žaliavų būklę.

Kokie yra kietosios fazės sintezės metodai? 

Kietosios fazės sintezė pirmiausia apima karboterminę redukciją ir tiesiogines silicio-anglies reakcijas. Karboterminis redukcijos metodas apima Acheson procesą, vertikalios krosnies metodą ir aukštos temperatūros rotacinės krosnies metodą. Acheson išrastas Acheson procesas apima silicio dioksido redukavimą kvarciniame smėlyje anglimi Acheson elektrinėje krosnyje, kurią skatina elektrocheminė reakcija esant aukštai temperatūrai ir stipriam elektriniam laukui. Šis metodas, kurio pramoninės gamybos istorija tęsiasi daugiau nei šimtmetį, išskiria palyginti stambias SiC daleles ir sunaudoja daug energijos, kurios didžioji dalis prarandama kaip šiluma.

Aštuntajame dešimtmetyje patobulinus Acheson procesą, devintajame dešimtmetyje buvo sukurtos vertikalios krosnys ir aukštos temperatūros rotacinės krosnys, skirtos β-SiC milteliams sintetinti, o 1990 m. Ohsaki ir kt. nustatė, kad SiO dujos, išsiskiriančios kaitinant SiO2 ir Si miltelių mišinį, reaguoja su aktyvuota anglimi, padidinant temperatūrą ir pailgėjus laikymo laikui, sumažinant specifinį miltelių paviršiaus plotą, nes išsiskiria daugiau SiO dujų. Tiesioginis silicio ir anglies reakcijos metodas, savaime plintančios aukštos temperatūros sintezės taikymas, apima reaguojančios medžiagos kūno uždegimą išoriniu šilumos šaltiniu ir sintezės metu išsiskiriančios cheminės reakcijos šilumos panaudojimą procesui palaikyti. Šis metodas pasižymi mažomis energijos sąnaudomis, paprasta įranga ir procesais bei dideliu našumu, nors reakciją sunku kontroliuoti. Dėl silpnos egzoterminės silicio ir anglies reakcijos sunku užsidegti ir palaikyti kambario temperatūroje, todėl reikia papildomų energijos šaltinių, tokių kaip cheminės krosnys, nuolatinė srovė, pakaitinimas ar pagalbiniai elektriniai laukai.

Kaip SiC milteliai sintetinami naudojant skystosios fazės metodus? 

Skystosios fazės sintezės metodai apima solo-gelio ir polimero skaidymo metodus. Ewell ir kt. pirmą kartą buvo pasiūlytas sol-gelio metodas, kuris vėliau buvo pritaikytas keramikai ruošti apie 1952 m. Šis metodas naudoja skystus cheminius reagentus alkoksido pirmtakams, kurie ištirpinami žemoje temperatūroje, kad susidarytų vienalytis tirpalas. Pridedant atitinkamų želė formuojančių medžiagų, alkoksidas hidrolizuojamas ir polimerizuojasi, kad susidarytų stabili zolių sistema. Po ilgo stovėjimo ar džiovinimo Si ir C molekuliniu lygiu tolygiai sumaišomi. Kaitinant šį mišinį iki 1460–1600 °C, vyksta karboterminė redukcijos reakcija, kad susidarytų smulkūs SiC milteliai. Pagrindiniai parametrai, kuriuos reikia kontroliuoti apdorojant zolį ir gelį, yra tirpalo pH, koncentracija, reakcijos temperatūra ir laikas. Šis metodas palengvina vienodą įvairių mikrokomponentų pridėjimą, tačiau turi trūkumų, tokių kaip sveikatai kenksmingų hidroksilo ir organinių tirpiklių likučiai, didelės žaliavos sąnaudos ir didelis susitraukimas apdorojimo metu.

Kitas veiksmingas SiC gamybos būdas yra organinių polimerų skaidymas aukštoje temperatūroje:

Kaitinamas gelis polisiloksanai, kad jie suskaidytų į mažus monomerus, galiausiai sudarydami SiO2 ir C, kurie vėliau redukuojami karbotermiškai ir susidaro SiC milteliai.

Kaitinant polikarbosilanus, kad jie suskaidytų į mažus monomerus, suformuojant karkasą, dėl kurio galiausiai susidaro SiC milteliai. Naujausi zolių gelio metodai leido gaminti SiO2 pagrindu pagamintas zolio / gelio medžiagas, užtikrinančias tolygų sukepinimo ir kietėjimo priedų pasiskirstymą gelyje, o tai palengvina didelio efektyvumo SiC keramikos miltelių susidarymą.

Kodėl beslėgis sukepinimas laikomas perspektyviu metoduSiC keramika?

Beslėgis sukepinimas laikomas labai perspektyviu metodusukepinamas SiC. Priklausomai nuo sukepinimo mechanizmo, jį galima suskirstyti į kietosios fazės sukepinimą ir skystosios fazės sukepinimą. S. Proehazka pasiekė santykinį didesnį nei 98 % SiC sukepintų kūnų tankį, į itin smulkius β-SiC miltelius (kuriame deguonies kiekis mažesnis nei 2 %) įpylus atitinkamus kiekius B ir C ir sukepinant 2020°C esant normaliam slėgiui. A. Mulla ir kt. naudojo Al2O3 ir Y2O3 kaip priedus sukepinant 0,5 μm β-SiC (su nedideliu SiO2 kiekiu dalelių paviršiuje) 1850–1950 °C temperatūroje, pasiekiant santykinį tankį, didesnį nei 95% teorinio tankio ir smulkius grūdelius su vidutiniu dydis 1,5 μm.

Kaip sustiprinamas karšto spaudimo sukepinimasSiC keramika?

Nadeau atkreipė dėmesį, kad grynas SiC gali būti tankiai sukepintas tik esant ypač aukštai temperatūrai be jokių sukepinimo pagalbinių priemonių, todėl daugelis ėmėsi tyrinėti karšto preso sukepinimą. Daugybė tyrimų ištyrė B, Al, Ni, Fe, Cr ir kitų metalų pridėjimo poveikį SiC tankinimui, o Al ir Fe buvo veiksmingiausi skatinant sukepinimą karštu presu. F.F. Lange'as ištyrė karšto spaudimo sukepinto SiC su įvairiais Al2O3 kiekiais veikimą, priskirdamas tankinimą tirpimo-nusodinimo mechanizmui. Tačiau sukepinant karštuoju presu galima pagaminti tik paprastos formos SiC komponentus, o produkto kiekis viename sukepinimo procese yra ribotas, todėl jis mažiau tinkamas pramoninei gamybai.

Kokie yra SiC reakcijos sukepinimo privalumai ir apribojimai?

Reakciniu būdu sukepintas SiC, taip pat žinomas kaip savaime surištas SiC, apima akytos žalias kūno reakciją su dujine arba skysta faze, kad padidėtų masė, sumažintas poringumas ir sukepinamas į stiprų, tikslaus matmenų gaminį. Procesas apima α-SiC miltelių ir grafito sumaišymą tam tikru santykiu, kaitinimą iki maždaug 1650 °C ir žalio kūno infiltravimą išlydytu Si arba dujiniu Si, kuris reaguoja su grafitu, sudarydamas β-SiC, surišdamas esamą α-SiC. dalelių. Dėl visiško Si infiltracijos gaunamas visiškai tankus, matmenų stabilus reakcijos metu sukepintas kūnas. Palyginti su kitais sukepinimo metodais, reakcijos sukepinimas apima minimalius matmenų pokyčius tankinimo metu, todėl galima pagaminti tikslius komponentus. Tačiau didelis SiC kiekis sukepintame kūne blogina veikimą aukštoje temperatūroje.

Apibendrinant,SiC keramikapagaminti beslėgio sukepinimo, karštojo presavimo, karšto izostatinio presavimo ir reakcijos sukepinimo būdu, pasižymi skirtingomis eksploatacinėmis savybėmis.SiC keramikaiš karšto preso ir karšto izostatinio presavimo paprastai turi didesnį sukepinimo tankį ir lenkimo stiprumą, o reakcijos būdu sukepinto SiC turi santykinai mažesnes vertes. Mechaninės savybėsSiC keramikataip pat skiriasi su skirtingais sukepinimo priedais. Be slėgio, karšto preso ir reakcijos sukepinimoSiC keramikapasižymi geru atsparumu stiprioms rūgštims ir bazėms, tačiau reakcijos būdu sukepintas SiC turi prastesnį atsparumą korozijai stiprioms rūgštims, tokioms kaip HF. Kalbant apie veikimą aukštoje temperatūroje, beveik visiSiC keramikarodo stiprumo pagerėjimą žemesnėje nei 900 ° C temperatūroje, o reakcijos būdu sukepinto SiC lenkimo stipris smarkiai sumažėja virš 1400 ° C dėl laisvo Si. Beslėgio ir karšto izostatinio presavimo veikimas aukštoje temperatūrojeSiC keramikavisų pirma priklauso nuo naudojamų priedų tipo.

Nors kiekvienas sukepinimo būdas skirtasSiC keramikaturi savo privalumų, sparti technologijų pažanga reikalauja nuolatinio tobulinimoSiC keramikanašumą, gamybos technologijas ir sąnaudų mažinimą. Žemos temperatūros sukepinimo pasiekimasSiC keramikayra labai svarbus mažinant energijos suvartojimą ir gamybos sąnaudas, taip skatinant pramonės plėtrąSiC keramikaproduktai.**

Mes, Semicorex, specializuojamėsSiC keramikair kitos keraminės medžiagos, naudojamos puslaidininkių gamyboje, jei turite klausimų ar reikia papildomos informacijos, nedvejodami susisiekite su mumis.

Telefonas pasiteirauti: +86-13567891907

paštas: sales@semicorex.com