Почему для подготовки SiC-керамики следует выбирать спекание без давления?

Керамика из карбида кремния (SiC), известные своей высокой твердостью, высокой прочностью, устойчивостью к высоким температурам и коррозии, находят широкое применение в аэрокосмической, нефтехимической и интегральной промышленности. Учитывая, что большинство продуктов SiC представляют собой товары с высокой добавленной стоимостью, рыночный потенциал значителен, они привлекают значительное внимание из разных стран и становятся центром исследований в области материаловедения. Однако сверхвысокая температура синтеза и сложность достижения плотного спекания керамики SiC ограничили их развитие. Процесс спекания имеет решающее значение для SiC-керамики.

Как сравниваются методы спекания: реакционное спекание и спекание без давления?

SiC, как соединение с прочными ковалентными связями, демонстрирует низкие скорости диффузии при спекании благодаря своим структурным характеристикам, обеспечивающим высокую твердость, высокую прочность, высокую температуру плавления и коррозионную стойкость. Это вызывает необходимость использования спекающих добавок и внешнего давления для достижения уплотнения. В настоящее время как реакционное спекание, так и спекание SiC без давления достигли значительных успехов в исследованиях и промышленном применении.

Процесс реакционного спеканияSiC-керамикапредставляет собой метод спекания, близкий к чистой форме, характеризующийся минимальной усадкой и изменением размера во время спекания. Он предлагает такие преимущества, как низкие температуры спекания, плотная структура продукта и низкие производственные затраты, что делает его подходящим для изготовления больших керамических изделий сложной формы из SiC. Однако этот процесс имеет недостатки, в том числе сложную первоначальную подготовку сырца и потенциальное загрязнение побочными продуктами. Кроме того, диапазон рабочих температур реакционно-спеченныхSiC-керамикаограничен бесплатным содержанием Si; выше 1400°С прочность материала быстро снижается из-за плавления свободного кремния.

Типичные микроструктуры SiC-керамики, спеченной при различных температурах

Технология спекания SiC без давления хорошо зарекомендовала себя, ее преимущества включают возможность использования различных процессов формования, преодоление ограничений по форме и размеру продукта, а также достижение высокой прочности и ударной вязкости с помощью соответствующих добавок. Кроме того, спекание без давления является простым и подходит для массового производства керамических компонентов различной формы. Однако он дороже, чем SiC, полученный реакционным спеканием, из-за более высокой стоимости используемого порошка SiC.

Спекание без давления в основном включает твердофазное и жидкофазное спекание. По сравнению с твердофазным SiC, спеченным без давления, реакционно-спеченный SiC демонстрирует плохие характеристики при высоких температурах, особенно из-за прочности на изгиб.SiC-керамикарезко падает выше 1400°С, они обладают плохой устойчивостью к сильным кислотам и основаниям. И наоборот, твердофазное спекание без давленияSiC-керамикадемонстрируют превосходные механические свойства при высоких температурах и лучшую коррозионную стойкость в сильных кислотах и ​​основаниях.

Технология изготовления реакционно-связанного SiC

Каковы научные разработки в области технологии спекания без давления?

Твердофазное спекание: Твердофазное спеканиеSiC-керамикапредполагает высокие температуры, но приводит к стабильным физическим и химическим свойствам, особенно к сохранению прочности при высоких температурах, что обеспечивает уникальную прикладную ценность. При добавлении бора (В) и углерода © к SiC бор занимает границы зерен SiC, частично замещая углерод в SiC с образованием твердого раствора, а углерод реагирует с поверхностью SiO2 и примесью Si в SiC. Эти реакции уменьшают энергию границ зерен и увеличивают поверхностную энергию, тем самым усиливая движущую силу спекания и способствуя уплотнению. С 1990-х годов использование B и C в качестве добавок для спекания SiC без давления стало широко применяться в различных областях промышленности. Основным преимуществом является отсутствие второй фазы или стекловидной фазы на границах зерен, что приводит к чистым границам зерен и превосходным высокотемпературным характеристикам, стабильным до 1600°C. Недостаток заключается в том, что полное уплотнение не достигается, в углах зерен имеются закрытые поры, а высокие температуры могут привести к росту зерен.

Спекание в жидкой фазе. При спекании в жидкой фазе спекающие добавки обычно добавляются в небольших количествах, и полученная межзеренная фаза может сохранять значительное количество оксидов после спекания. Следовательно, спеченный в жидкой фазе SiC имеет тенденцию к разрушению по границам зерен, обеспечивая высокую прочность и вязкость разрушения. По сравнению с твердофазным спеканием жидкая фаза, образующаяся во время спекания, эффективно снижает температуру спекания. Система Al2O3-Y2O3 была одной из самых ранних и наиболее привлекательных систем, изучавшихся для жидкофазного спеканияSiC-керамика. Эта система обеспечивает уплотнение при относительно низких температурах. Например, внедрение образцов в слой порошка, содержащего Al2O3, Y2O3 и MgO, облегчает образование жидкой фазы за счет реакций между MgO и поверхностным SiO2 на частицах SiC, способствуя уплотнению за счет перегруппировки частиц и переосаждения из расплава. Кроме того, использование Al2O3, Y2O3 и CaO в качестве добавок для спекания SiC без давления приводит к образованию в материале фаз Al5Y3O12; с увеличением содержания CaO появляются оксидные фазы CaY2O4, образующие пути быстрого проникновения по границам зерен и улучшающие спекаемость материала.

Как добавки улучшают спекание без давленияSiC Керамика?

Добавки могут увеличить уплотнение спеченных без давленияSiC-керамика, снизить температуру спекания, изменить микроструктуру и улучшить механические свойства. Исследования аддитивных систем развивались от однокомпонентных к многокомпонентным системам, при этом каждый компонент играет уникальную роль в улучшении качества.SiC-керамикапроизводительность. Однако введение добавок имеет и недостатки, такие как реакции между добавками и SiC, в результате которых образуются газообразные побочные продукты, такие как Al2O и CO, увеличивающие пористость материала. Уменьшение пористости и смягчение влияния добавок на потерю веса станут ключевыми областями исследований для будущего спекания в жидкой фазе.SiC-керамика.**

Мы в Semicorex специализируемся наSiC Керамикаи другие керамические материалы, применяемые в производстве полупроводников. 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