Процесс подготовки SiC-керамики

Карбидокремниевая керамикаявляются одними из наиболее широко используемых материалов в конструкционной керамике. Благодаря относительно малому термическому расширению, высокой удельной прочности, высокой теплопроводности и твердости, износостойкости и коррозионной стойкости, а главное, способности сохранять хорошие эксплуатационные характеристики даже при температурах до 1650°С, карбидокремниевая керамика широко применяется в различных областях.

Обычные методы спекания керамики из карбида кремния включают: спекание без давления, реакционное спекание и рекристаллизационное спекание.

1. Реакционно-спеченный SiC (RBSiC).

Реакционное спекание включает смешивание источника углерода с порошком карбида кремния, формирование прессовки, а затем позволяет жидкому кремнию проникнуть в прессовку при высокой температуре и вступить в реакцию с углеродом с образованием β-SiC, достигая уплотнения. Он имеет почти нулевую усадку, что делает его пригодным для изготовления больших и сложных деталей. Он также может похвастаться низкой температурой спекания и низкой стоимостью, но свободный кремний может снизить производительность при высоких температурах.

Реакционно-спеченный SiC представляет собой очень привлекательную конструкционную керамику с превосходными механическими свойствами, такими как высокая прочность, коррозионная стойкость и стойкость к окислению. Кроме того, он отличается низкой температурой спекания, низкой стоимостью спекания и формированием формы, близкой к чистой.

Процесс реакционного спекания прост. Он включает в себя смешивание источника углерода и порошка SiC для приготовления неспеченного изделия, а затем под действием высокотемпературной капиллярной силы проникновение расплавленного кремния в пористое неспеченное изделие. Этот расплавленный кремний реагирует с источником углерода внутри неспеченного тела, образуя фазу β-SiC, которая одновременно прочно связывается с исходным α-SiC. Остальные поры заполняются расплавленным кремнием, благодаря чему достигается уплотнение керамического материала. Во время спекания размер уменьшается, достигая формирования почти чистой формы, что позволяет изготавливать сложные формы по мере необходимости. Поэтому его широко используют в промышленном производстве различных керамических изделий.

С точки зрения применения, типичными применениями керамики из карбида кремния, полученной реакционным спеканием, являются мебельные материалы для высокотемпературных печей, радиационные трубы, теплообменники и сопла для десульфурации. Кроме того, благодаря низкому коэффициенту теплового расширения карбида кремния, высокому модулю упругости и характеристикам формирования формы, близким к заданной, карбид кремния, полученный методом реакционного спекания, также является идеальным материалом для космических зеркал. Кроме того, с увеличением размера пластин и температуры термообработки реакционно-спеченный карбид кремния постепенно вытесняет кварцевое стекло. Компоненты из карбида кремния высокой чистоты (SiC), содержащие частичную фазу кремния, могут быть изготовлены с использованием порошка карбида кремния высокой чистоты и кремния высокой чистоты. Эти компоненты широко используются в опорах оборудования для производства электронных ламп и полупроводниковых пластин.

2. Карбид кремния, спеченный без давления (SSiC).

Спекание без давления делится на твердофазное и жидкофазное спекание: твердофазное спекание с добавлением добавок B/C обеспечивает твердофазное диффузионное уплотнение при высоких температурах, что приводит к хорошим высокотемпературным характеристикам, но к укрупнению зерна. При жидкофазном спекании используются такие добавки, как Al2O3-Y2O3, для образования жидкой фазы, что снижает температуру, что приводит к более мелким зернам и более высокой ударной вязкости. Эта технология недорогая, позволяет создавать различные формы и подходит для прецизионных конструкционных компонентов, таких как уплотнительные кольца, подшипники и пуленепробиваемая броня.

Спекание без давления считается наиболее перспективным методом спекания SiC. Этот метод адаптируется к различным процессам формования, имеет более низкие производственные затраты, не ограничен формой или размером и является наиболее распространенным и простым методом спекания для массового производства.

Спекание без давления включает добавление бора и углерода к β-SiC, содержащему следовые количества кислорода, и спекание при температуре около 2000 ℃ в инертной атмосфере для получения спеченного изделия из карбида кремния с теоретической плотностью 98%. Этот метод обычно имеет два подхода: спекание в твердом состоянии и спекание в жидком состоянии. Твердотельный спеченный карбид кремния без давления обладает высокой плотностью и чистотой и, в частности, обладает уникальной высокой теплопроводностью и превосходной жаропрочностью, что позволяет легко перерабатывать его в керамические устройства больших размеров и сложной формы.

Изделия из карбида кремния, спеченные без давления: а) керамические уплотнения; (б) керамические подшипники; (в) пуленепробиваемые пластины

С точки зрения применения, спекание SiC без давления просто в эксплуатации, умеренно рентабельно и подходит для массового производства керамических деталей различной формы. Он широко используется в износостойких и коррозионностойких уплотнительных кольцах, подшипниках скольжения и т. д. Кроме того, керамика из карбида кремния, спеченная без давления, широко используется в противопульной броне, например, для защиты транспортных средств и кораблей, а также в гражданских сейфах и бронированных грузовиках, благодаря их высокой твердости, низкому удельному весу, хорошим баллистическим характеристикам, способности поглощать больше энергии после разрушения и низкой стоимости. Как пуленепробиваемый броневой материал он демонстрирует превосходную устойчивость к множественным ударам, а его общий защитный эффект превосходит обычную керамику из карбида кремния. При использовании в легкой цилиндрической керамической защитной броне ее точка разрушения может достигать более 65 тонн, демонстрируя значительно лучшие защитные характеристики, чем цилиндрическая керамическая защитная броня с использованием обычной керамики из карбида кремния.

3. Рекристаллизованная спеченная SiC-керамика (R-SiC).

Рекристаллизационное спекание включает градацию крупных и мелких частиц SiC и высокотемпературную обработку. Мелкие частицы испаряются и конденсируются на шейке крупных частиц, образуя мостиковую структуру без примесей на границах зерен. Изделие имеет пористость 10-20%, хорошую теплопроводность и термостойкость, но низкую прочность. Он не имеет объемной усадки и подходит для пористой печной мебели и т. д.

Технология рекристаллизационного спекания привлекла широкое внимание, поскольку не требует добавления вспомогательных средств для спекания. Рекристаллизационное спекание является наиболее распространенным методом изготовления крупногабаритных устройств из SiC-керамики сверхвысокой чистоты. Процесс приготовления рекристаллизованной спеченной керамики SiC (R-SiC) заключается в следующем: крупные и мелкие порошки SiC с различными размерами частиц смешиваются в определенной пропорции и превращаются в неспеченные заготовки с помощью таких процессов, как шликерное литье, формование и экструзия. Затем зеленые заготовки обжигаются при высокой температуре 2200–2450 ℃ в инертной атмосфере. Наконец, мелкие частицы постепенно испаряются в газовую фазу и конденсируются в точках контакта с крупными частицами, образуя керамику R-SiC.

R-SiC образуется при высоких температурах и по твердости уступает только алмазу. Он сохраняет многие превосходные свойства SiC, такие как высокая жаропрочность, сильная коррозионная стойкость, отличная стойкость к окислению и хорошая стойкость к термическому удару. Таким образом, это идеальный материал-кандидат для изготовления мебели для высокотемпературных печей, теплообменников или сопел сгорания. В аэрокосмической и военной сферах рекристаллизованный карбид кремния используется для изготовления конструктивных элементов аэрокосмических аппаратов, таких как двигатели, хвостовое оперение и фюзеляжи. Благодаря своим превосходным механическим свойствам, коррозионной стойкости и ударопрочности он может значительно улучшить эксплуатационные характеристики и срок службы аэрокосмических аппаратов.

Semicorex предлагает индивидуальныеКарбид кремния продукты. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна дополнительная информация, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.
Контактный телефон +86-13567891907.
Электронная почта: sales@semicorex.com