SiC-keramiikan valmistusprosessi

Piikarbidikeramiikkaovat yksi eniten käytettyjä materiaaleja rakennekeramiikassa. Piikarbidikeramiikkaa käytetään laajasti eri aloilla suhteellisen alhaisen lämpölaajenemisen, korkean ominaislujuuden, korkean lämmönjohtavuuden ja kovuuden, kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden ja mikä tärkeintä, niiden kyvyn säilyttää hyvä suorituskyky jopa 1650 °C:n lämpötiloissa.

Piikarbidikeramiikan yleisiä sintrausmenetelmiä ovat: paineeton sintraus, reaktiosintraus ja uudelleenkiteytyssintraus.

1. Reaktiosintrattu SiC (RBSiC)

Reaktiosintraus käsittää hiilenlähteen sekoittamisen piikarbidijauheen kanssa, tiivisteen muodostamisen ja sitten nestemäisen piin sallimisen tunkeutua tiivisteeseen korkeassa lämpötilassa ja reagoida hiilen kanssa muodostaen β-SiC:tä, mikä saavuttaa tiivistymisen. Sen kutistuminen on lähes nollaa, joten se sopii suuriin ja monimutkaisiin osiin. Siinä on myös alhainen sintrauslämpötila ja alhaiset kustannukset, mutta vapaa pii voi heikentää suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa.

Reaktiosintrattu piikarbidi on erittäin houkutteleva rakennekeramiikka, jolla on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten korkea lujuus, korroosionkestävyys ja hapettumisenkestävyys. Lisäksi siinä on alhainen sintrauslämpötila, alhaiset sintrauskustannukset ja lähes verkon muotoinen muodostus.

Reaktiosintrausprosessi on yksinkertainen. Se sisältää hiililähteen ja piikarbidijauheen sekoittamisen raakakappaleen valmistamiseksi, minkä jälkeen sulan piin tunkeuttaminen huokoiseen raakakappaleeseen korkean lämpötilan kapillaarivoimalla. Tämä sula pii reagoi vihreän kappaleen sisällä olevan hiililähteen kanssa muodostaen β-SiC-faasin, joka samanaikaisesti sitoutuu tiukasti alkuperäiseen α-SiC:hen. Loput huokoset täytetään sulalla piillä, jolloin keraaminen materiaali tiivistyy. Sintrauksen aikana kokoa pienennetään, jolloin saavutetaan lähes verkon muotoinen muoto, mikä mahdollistaa monimutkaisten muotojen valmistuksen tarpeen mukaan. Siksi sitä käytetään laajasti erilaisten keraamisten tuotteiden teollisessa tuotannossa.

Sovellusten osalta korkean lämpötilan uunihuonekalujen materiaalit, säteilyputket, lämmönvaihtimet ja rikinpoistosuuttimet ovat tyypillisiä reaktiosintratun piikarbidikeramiikan käyttökohteita. Lisäksi piikarbidin alhaisen lämpölaajenemiskertoimen, korkean kimmokertoimen ja lähes verkkomuodon muodostavien ominaisuuksien ansiosta reaktiosintrattu piikarbidi on myös ihanteellinen materiaali avaruuspeileihin. Lisäksi kiekkojen koon ja lämpökäsittelyn lämpötilan kasvaessa reaktiosintrattu piikarbidi on vähitellen korvaamassa kvartsilasia. Korkean puhtauden piikarbidikomponentit (SiC), jotka sisältävät osittaisen piifaasin, voidaan valmistaa käyttämällä erittäin puhdasta piikarbidijauhetta ja erittäin puhdasta piitä. Näitä komponentteja käytetään laajasti elektroniputkien ja puolijohdekiekkojen valmistuslaitteiden tukikiinnittimissä.

2. Paineton sintrattu piikarbidi (SSiC)

Paineeton sintraus jaetaan kiinteä- ja nestefaasisintraamiseen: Kiinteäfaasisintrauksella B/C-lisäaineita lisäämällä saavutetaan kiinteän faasin diffuusiotiivistyminen korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa hyvään suorituskykyyn korkeassa lämpötilassa, mutta jyvän karkeuttamiseen. Nestefaasisintrauksessa käytetään lisäaineita, kuten Al2O3-Y2O3, muodostamaan nestefaasi, mikä alentaa lämpötilaa, mikä johtaa hienompiin rakeisiin ja korkeampaan sitkeyteen. Tämä tekniikka on edullinen, mahdollistaa eri muodot ja sopii tarkkuusrakennekomponentteihin, kuten tiivisterenkaisiin, laakereihin ja luodinkestävään panssariin.

Paineetonta sintrausta pidetään lupaavimpana piikarbidin sintrausmenetelmänä. Tämä menetelmä on mukautettavissa erilaisiin muovausprosesseihin, sen tuotantokustannukset ovat alhaisemmat, sitä ei rajoita muoto tai koko, ja se on yleisin ja helpoin sintrausmenetelmä massatuotannossa.

Paineeton sintraus sisältää boorin ja hiilen lisäämisen β-SiC:hen, joka sisältää pieniä määriä happea, ja sintraamisen noin 2000 ℃:ssa inertissä ilmakehässä, jolloin saadaan piikarbidisintrattu kappale, jonka teoreettinen tiheys on 98 %. Tällä menetelmällä on yleensä kaksi lähestymistapaa: solid-state-sintraus ja nestemäinen sintraus. Paineettomalla solid-state-sintratulla piikarbidilla on korkea tiheys ja puhtaus, ja sillä on erityisesti ainutlaatuinen korkea lämmönjohtavuus ja erinomainen lujuus korkeissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä helposti prosessoitavan suurikokoisiksi ja monimutkaisiksi keraamisiksi laitteiksi.

Paineenttomat sintratut piikarbidituotteet: a) keraamiset tiivisteet; b) keraamiset laakerit; c) luodinkestävät levyt

Piikarbidin paineeton sintraus on sovellusten kannalta yksinkertaista, kohtuullisen kustannustehokasta ja soveltuu erimuotoisten keraamisten osien massatuotantoon. Sitä käytetään laajalti kulutusta ja korroosiota kestävissä tiivisterenkaissa, liukulaakereissa jne. Lisäksi paineetonta sintrattua piikarbidikeramiikkaa käytetään laajalti luodinkestävissä panssareissa, kuten ajoneuvojen ja laivojen suojaamisessa, sekä siviilikassakaapeissa ja panssaroiduissa kuorma-autoissa niiden suuren kovuuden, alhaisen ominaispainon, hyvästä ballistisen energian absorboimiseksi ja alhaisemman suorituskyvyn vuoksi. Luodinkestävänä panssarimateriaalina se kestää erinomaisesti useita iskuja, ja sen yleinen suojavaikutus on tavallista piikarbidikeramiikkaa parempi. Kun sitä käytetään kevyessä lieriömäisessä keraamisessa suojapanssarissa, sen murtumispiste voi nousta yli 65 tonniin, mikä osoittaa huomattavasti paremman suojan kuin lieriömäinen keraaminen suojapanssari, jossa käytetään tavallista piikarbidikeramiikkaa.

3. Uudelleenkiteytetty sintrattu piikarbidikeramiikka (R-SiC)

Uudelleenkiteytyssintraus sisältää lajiteltuja karkeita ja hienoja piikarbidihiukkasia sekä korkean lämpötilan käsittelyä. Hienot hiukkaset haihtuvat ja tiivistyvät karkeiden hiukkasten kaulassa muodostaen siltarakenteen ilman raeraja-epäpuhtauksia. Tuotteen huokoisuus on 10-20 %, hyvä lämmönjohtavuus ja lämpöiskun kestävyys, mutta alhainen lujuus. Siinä ei ole tilavuuden kutistumista ja se sopii huokoisiin uunikalusteisiin jne.

Uudelleenkiteytyssintraustekniikka on herättänyt laajaa huomiota, koska se ei vaadi sintrausapuaineiden lisäämistä. Uudelleenkiteytyssintraus on yleisin menetelmä erittäin puhtaiden, suuren mittakaavan piikarbidikeraamisten laitteiden valmistukseen. Uudelleenkiteytetyn sintratun piikarbidikeramiikan (R-SiC) valmistusprosessi on seuraava: eri hiukkaskokoisia karkeita ja hienoja piikarbidijauheita sekoitetaan tietyssä suhteessa ja valmistetaan viheraihioiksi esimerkiksi liukuvalulla, muovauksella ja ekstruusiolla. Sitten vihreät aihiot poltetaan korkeassa lämpötilassa 2200-2450 ℃ inertissä ilmakehässä. Lopuksi hienot hiukkaset haihtuvat vähitellen kaasufaasiin ja tiivistyvät kosketuspisteissä karkeiden hiukkasten kanssa muodostaen R-SiC-keramiikkaa.

R-SiC muodostuu korkeissa lämpötiloissa ja sen kovuus on toiseksi timantti. Se säilyttää monet piikarbidin erinomaisista ominaisuuksista, kuten korkean lämpötilan lujuus, vahva korroosionkestävyys, erinomainen hapettumisenkestävyys ja hyvä lämpöiskun kestävyys. Siksi se on ihanteellinen ehdokasmateriaali korkean lämpötilan uunin kalusteisiin, lämmönvaihtimiin tai polttosuuttimiin. Ilmailu- ja sotilaskentillä uudelleenkiteytettyä piikarbidia käytetään ilmailuajoneuvojen rakenneosien, kuten moottoreiden, peräevien ja runkojen, valmistukseen. Erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa, korroosionkestävyyden ja iskunkestävyyden ansiosta se voi parantaa huomattavasti ilmailuajoneuvojen suorituskykyä ja käyttöikää.

Semicorex tarjoaa räätälöityjäSiC tuotteet. Jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.
Puhelinnumero +86-13567891907
Sähköposti: sales@semicorex.com