Reakcinio sukepinimo SiC keramikos ir jų savybių tyrimas

Kodėl silicio karbidas yra svarbus?

Silicio karbidas (SiC) yra junginys, susidarantis kovalentiniais ryšiais tarp silicio ir anglies atomų, žinomas dėl savo puikaus atsparumo dilimui, atsparumui šiluminiam smūgiui, atsparumui korozijai ir dideliu šilumos laidumu. Jis plačiai naudojamas kosmoso, mechaninės gamybos, naftos chemijos, metalo lydymo ir elektronikos pramonėje, ypač gaminant dilimui atsparias dalis ir aukštos temperatūros konstrukcinius komponentus.Reakciniu būdu sukepinta silicio karbido keramikayra vieni pirmųjų konstrukcinių keramikų, pradėjusių gaminti pramoniniu mastu. Tradicinisreakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramikayra gaminami iš silicio karbido miltelių ir nedidelio kiekio anglies miltelių per aukštos temperatūros silicio infiltracijos reakcijos sukepinimą, kuriam reikalingas ilgas sukepinimo laikas, aukšta temperatūra, didelis energijos suvartojimas ir didelės sąnaudos. Vis dažniau taikant reakcijos būdu sukepinto silicio karbido technologiją, tradicinių metodų nepakanka, kad būtų patenkintas sudėtingos formos pramonės poreikis.silicio karbido keramika.

Kas yra naujausi pažangaReakcijos būdu sukepintas silicio karbidas?

Naujausi pažanga paskatino didelio tankio, didelio lenkimo stiprumo gaminių gamybąsilicio karbido keramikanaudojant nano dydžio silicio karbido miltelius, žymiai pagerinant medžiagos mechanines savybes. Tačiau didelė nano dydžio silicio karbido miltelių kaina, kainuojanti daugiau nei dešimtis tūkstančių dolerių už toną, trukdo naudoti dideliu mastu. Šiame darbe mes naudojome plačiai prieinamą medžio anglį kaip anglies šaltinį ir mikrono dydžio silicio karbidą kaip užpildą, naudodami slydimo liejimo technologiją.reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramikažali kūnai. Šis metodas pašalina poreikį iš anksto susintetinti silicio karbido miltelius, sumažina gamybos sąnaudas ir leidžia gaminti didelius, sudėtingos formos plonasienius gaminius, kurie yra atskaitos taškas gerinant našumą ir naudojimą.reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika.

Kokios buvo naudojamos žaliavos?

Eksperimente naudojamos žaliavos:

Silicio karbidas, kurio vidutinis dalelių dydis (d50) yra 3,6 μm, o grynumas (w(SiC)) ≥ 98 %

Suodžiai, kurių vidutinis dalelių dydis (d50) yra 0,5 μm, o grynumas (w©) ≥ 99 %

Grafitas, kurio vidutinis dalelių dydis (d50) yra 10 μm, o grynumas (w©) ≥ 99 %

Dispersantai: polivinilpirolidonas (PVP) K30 (K vertė 27–33) ir K90 (K vertė 88–96)

Vandens reduktorius: polikarboksilatas CE-64

Išleidimo agentas: AO

Dejonizuotas vanduo

Kaip buvo atliktas eksperimentas?

Eksperimentas buvo atliktas taip:

Žaliavų maišymas pagal 1 lentelę elektriniu maišytuvu 4 valandas, kad gautųsi tolygiai sumaišyta suspensija.

Išlaikant srutų klampumą ≤ 1000 mPa·s, sumaišyta suspensija supilama į paruoštas gipso formas liejimui, leista 2-3 minutes dehidratuoti per gipso formas, kad susidarytų žali kūnai.

Žali kūnai buvo patalpinti vėsioje vietoje 48 valandoms, tada išimti iš formų ir džiovinami vakuuminėje džiovinimo krosnyje 80°C temperatūroje 4-6 valandas.

Žaliųjų kūnų deguonies pašalinimas buvo atliktas mufelinėje krosnyje 800 ° C temperatūroje 2 valandas, kad būtų gauti ruošiniai.

Ruošiniai buvo įterpti į mišrius suodžių, silicio miltelių ir boro nitrido miltelius masės santykiu 1:100:2000 ir sukepinti krosnyje 1720 °C temperatūroje 2 valandas, kad būtų gauta visiškai smulkia silicio karbido keramika. .

Kokie našumo testavimo metodai buvo naudojami?

Veikimo testas apima:

Srutų klampumo matavimas įvairiu maišymo laiku (1-5 val.), naudojant sukamąjį viskozimetrą kambario temperatūroje.

Ruošinių tūrio tankio matavimas pagal nacionalinį standartą GB/T 25995-2010.

Sukepintų bandinių lenkimo stiprumo matavimas 1720°C temperatūroje pagal GB/T 6569-2006, kai bandinio matmenys 3 mm × 4 mm × 36 mm, tarpatramis 30 mm ir apkrovos greitis 0,5 mm·min^-1 .

Sukepintų mėginių fazės sudėties ir mikrostruktūros analizė 1720 °C temperatūroje naudojant XRD ir SEM.

Kaip maišymo laikas veikia srutų klampumą, ruošinio tūrio tankį ir tariamą poringumą?

1 ir 2 paveikslai atitinkamai rodo ryšį tarp maišymo trukmės ir suspensijos klampumo 2# mėginyje ir ryšį tarp maišymo laiko ir ruošinio tūrio tankio bei tariamo poringumo.

1 paveiksle parodyta, kad ilgėjant maišymo laikui, klampumas mažėja ir po 4 valandų pasiekia mažiausiai 721 mPa·s, o tada stabilizuojasi.

2 paveiksle parodyta, kad 2# mėginio didžiausias tūrio tankis yra 1,47 g·cm^-3, o mažiausias tariamasis poringumas – 32,4 %. Dėl mažesnio klampumo gaunama geresnė dispersija, todėl suspensija yra tolygesnė ir geresnėsilicio karbido keramikapasirodymas. Dėl nepakankamo maišymo laiko smulkūs silicio karbido milteliai maišosi netolygiai, o per ilgas maišymo laikas išgarina daugiau vandens, destabilizuodama sistemą. Optimalus maišymo laikas ruošiant visiškai smulkią silicio karbido keramiką yra 4 valandos.

2 lentelėje pateikiamas 2# mėginio su grafitu ir 6# mėginio be grafito suspensijos klampumas, ruošinio tūrio tankis ir tariamasis poringumas. Grafito pridėjimas sumažina suspensijos klampumą, padidina ruošinio tūrio tankį ir sumažina tariamą poringumą dėl grafito tepimo efekto, todėl visiškai smulkiai milteliai geriau sklaidosi ir padidėja tankis.silicio karbido keramika. Be grafito, suspensija turi didesnį klampumą, prastesnę dispersiją ir stabilumą, todėl būtina pridėti grafito.

3 paveiksle parodytas skirtingo suodžių kiekio mėginių ruošinio tūrio tankis ir tariamasis poringumas. 2# mėginio didžiausias tūrio tankis – 1,47 g·cm^-3, o mažiausias tariamasis poringumas – 32,4 %. Tačiau per mažas poringumas trukdo silicio infiltracijai.

4 paveiksle pavaizduoti 2# mėginio ruošinių ir sukepintų mėginių XRD spektrai 1720 °C temperatūroje. Ruošiniuose yra grafito ir β-SiC, o sukepintuose mėginiuose yra Si, β-SiC ir α-SiC, o tai rodo, kad kai kurie β-SiC aukštoje temperatūroje virsta α-SiC. Sukepintuose mėginiuose taip pat yra padidėjęs Si ir sumažėjęs C kiekis dėl aukštos temperatūros silicio infiltracijos, kur Si reaguoja su C, sudarydamas SiC, užpildydamas poras.

5 paveiksle parodyta skirtingų mėginių ruošinių lūžių morfologija. Vaizdai atskleidžia smulkų silicio karbidą, grafitą ir poras. 1#, 4# ir 5# mėginiai turi didesnes dribsnių fazes ir netolygiau paskirstytas poras dėl netolygaus maišymo, todėl ruošinio tankis yra mažas ir poringumas yra didelis. 2# mėginys su 5,94 % (w) suodžių rodo optimalią mikrostruktūrą.

6 paveiksle parodyta 2# mėginio lūžio morfologija po sukepinimo 1720 °C temperatūroje, o jame yra sandariai ir tolygiai pasiskirstę silicio karbido dalelės su minimaliu poringumu. Silicio karbido dalelių augimas atsiranda dėl aukštos temperatūros poveikio. Mažesnės naujai susidariusios SiC dalelės taip pat matomos tarp pradinių SiC karkaso dalelių, susidariusių reakcijos sukepinimo metu, kai likutinis Si užpildo pradines poras, sumažindamas įtempių koncentraciją, bet gali turėti įtakos veikimui aukštoje temperatūroje dėl žemos lydymosi temperatūros. Sukepinto produkto tūrio tankis yra 3,02 g·cm^-3, o atsparumas lenkimui yra 580 MPa, daugiau nei du kartus didesnis už įprastą stiprumą.reakcijos būdu sukepintas silicio karbidas.

Išvados

Optimalus srutų maišymo laikas, naudojamas pilnai smulkių miltelių paruošimuisilicio karbido keramikayra 4 valandos. Grafito pridėjimas sumažina srutos klampumą, padidina ruošinio tūrio tankį ir sumažina tariamą poringumą, padidindamas visiškai smulkių miltelių tankį.silicio karbido keramika.

Optimalus suodžių kiekis ruošiant visiškai smulkią silicio karbido keramiką yra 5,94 % (w).

Sukepintos silicio karbido dalelės yra sandariai ir tolygiai pasiskirsčiusios su minimaliu poringumu, o tai rodo augimo tendenciją. Sukepinto produkto tankis yra 3,02 g·cm^-3, o atsparumas lenkimui yra 580 MPa, o tai žymiai pagerina visiškai smulkių miltelių mechaninį stiprumą ir tankį.silicio karbido keramika.**

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