Katsaus piikarbidikeramiikan 9 sintraustekniikasta

Piikarbidi (SiC), näkyvä rakennekeramiikka, tunnetaan poikkeuksellisista ominaisuuksistaan, mukaan lukien lujuus korkeissa lämpötiloissa, kovuus, kimmokerroin, kulutuskestävyys, lämmönjohtavuus ja korroosionkestävyys. Nämä ominaisuudet tekevät siitä sopivan monenlaisiin sovelluksiin perinteisistä teollisista käyttökohteista korkean lämpötilan uunikalusteissa, poltinsuuttimissa, lämmönvaihtimissa, tiivisterenkaissa ja liukulaakereissa edistyneisiin sovelluksiin, kuten ballistisiin panssariin, avaruuspeileihin, puolijohdekiekkojen istukkaisiin, ja ydinpolttoaineen päällyste.

Sintrausprosessi on ratkaiseva määritettäessä lopullisia ominaisuuksiaSiC keramiikka. Laaja tutkimus on johtanut erilaisten sintraustekniikoiden kehittämiseen, jotka vaihtelevat vakiintuneista menetelmistä, kuten reaktiosintraus, paineeton sintraus, uudelleenkiteytyssintraus ja kuumapuristus, uusimpiin innovaatioihin, kuten kipinäplasmasintraus, flash-sintraus ja oskillaatiopainesintraus.

Tässä on lähempi katsaus yhdeksään näkyväänSiC keramiikkasintraustekniikat:

1. Kuumapuristus:

Pioneerina Alliegro et ai. Norton Companyssa kuumapuristus tarkoittaa samanaikaisesti lämmön ja paineen kohdistamista aSiC jauhekompakti muotin sisällä. Tämä menetelmä mahdollistaa samanaikaisen tiivistämisen ja muotoilun. Vaikka kuumapuristus on tehokasta, se vaatii monimutkaisia ​​laitteita, erikoissuulakkeita ja tiukkaa prosessin ohjausta. Sen rajoituksia ovat korkea energiankulutus, rajoitettu muodon monimutkaisuus ja korkeat tuotantokustannukset.

2. Reaktiosintraus:

P. Popperin ensimmäisen kerran 1950-luvulla ehdottama reaktiosintraus sisältää sekoittamisenSiC jauhehiililähteen kanssa. Liukuvalulla, kuivapuristuksen tai kylmä-isostaattisen puristuksen avulla muodostettu vihreä kappale käy läpi piin tunkeutumisprosessin. Kuumentaminen yli 1500 °C:seen tyhjössä tai inertissä ilmakehässä sulattaa piin, joka tunkeutuu huokoiseen kappaleeseen kapillaaritoiminnan kautta. Nestemäinen tai kaasumainen pii reagoi hiilen kanssa muodostaen in situ β-SiC:tä, joka sitoutuu olemassa oleviin piikarbidihiukkasiin, jolloin muodostuu tiheä keramiikka.

Reaktiosidoksella sidotulla piikarbidilla on alhaiset sintrauslämpötilat, kustannustehokkuus ja korkea tiheys. Sintrauksen aikaisen vähäinen kutistuminen tekee siitä erityisen sopivan suurille, monimutkaisille komponenteille. Tyypillisiä käyttökohteita ovat korkean lämpötilan uunihuonekalut, säteilyputket, lämmönvaihtimet ja rikinpoistosuuttimet.

RBSiC-veneen Semicorex-prosessireitti

3. Paineeton sintraus:

Kehittäjä S. Prochazka et ai. GE:ssä vuonna 1974 paineeton sintraus eliminoi ulkoisen paineen tarpeen. Tiivistyminen tapahtuu 2000-2150°C:ssa ilmakehän paineessa (1,01×105 Pa) inertissä ilmakehässä sintrauslisäaineiden avulla. Paineeton sintraus voidaan edelleen luokitella kiinteä- ja nestefaasisintraukseen.

Puolijohdepainettomalla sintrauksella saavutetaan suuret tiheydet (3,10-3,15 g/cm3) ilman rakeiden välisiä lasifaaseja, mikä johtaa poikkeuksellisiin korkean lämpötilan mekaanisiin ominaisuuksiin käyttölämpötilojen ollessa jopa 1600°C. Liiallinen raekasvu korkeissa sintrauslämpötiloissa voi kuitenkin vaikuttaa kielteisesti lujuuteen.

Nestefaasipaineeton sintraus laajentaa piikarbidikeramiikan käyttöaluetta. Nestefaasi, joka muodostuu sulattamalla yksittäinen komponentti tai useiden komponenttien eutektinen reaktio, parantaa tiivistymiskinetiikkaa tarjoamalla korkean diffuusioreitin, mikä johtaa alhaisempiin sintrauslämpötiloihin verrattuna kiinteän tilan sintraukseen. Hieno raekoko ja jäljelle jäänyt rakeiden välinen nestefaasi nestefaasisintratussa piikarbidissa edistävät siirtymistä rakeidenvälisestä murtumasta rakeiden väliseen murtumaan, mikä parantaa taivutuslujuutta ja murtolujuutta.

Paineton sintraus on kypsä tekniikka, jonka etuja ovat kustannustehokkuus ja muodon monipuolisuus. Erityisesti solid-state-sintrattu piikarbidi tarjoaa korkean tiheyden, tasaisen mikrorakenteen ja erinomaisen yleisen suorituskyvyn, mikä tekee siitä sopivan kulutusta ja korroosiota kestäville komponenteille, kuten tiivisterenkaille ja liukulaakereille.

Paineeton sintrattu piikarbidipanssari

4. Uudelleenkiteytyssintraus:

1980-luvulla Kriegesmann esitteli korkean suorituskyvyn uudelleenkiteytettyjenSiC keramiikkaliukuvalulla, jota seuraa sintraus 2450 °C:ssa. FCT (Saksa) ja Norton (USA) ottivat nopeasti käyttöön tämän tekniikan laajamittaiseen tuotantoon.

Uudelleenkiteytetty piikarbidi sisältää erikokoisten piikarbidihiukkasten pakkaamisesta muodostuvan raakakappaleen sintraamisen. Pienet hiukkaset, jotka ovat jakautuneet tasaisesti karkeampien hiukkasten väliin, haihtuvat ja tiivistyvät suurempien hiukkasten kosketuspisteissä yli 2100 °C:n lämpötiloissa kontrolloidussa ilmakehässä. Tämä haihdutus-kondensaatiomekanismi muodostaa uusia raerajaja hiukkasten kauloihin, mikä johtaa rakeiden kasvuun, kaulan muodostumiseen ja sintrautuneeseen kappaleeseen, jossa on jäännöshuokoisuutta.

Uudelleenkiteytetyn piikarbidin tärkeimmät ominaisuudet ovat:

Minimaalinen kutistuminen: Raerajojen tai tilavuuden diffuusion puuttuminen sintrauksen aikana johtaa merkityksettömään kutistumiseen.

Near-Net Shaping: Sintrattu tiheys pysyy lähes identtisenä vihreän kappaleen tiheyden kanssa.

Puhtaat raeraajat: Uudelleenkiteytetyllä piikarbidilla on puhtaat raeraajat, joissa ei ole lasifaaseja tai epäpuhtauksia.

Jäännöshuokoisuus: Sintrattu runko säilyttää tyypillisesti 10-20 % huokoisuuden.

5. Kuumaisstaattinen puristus (HIP):

HIP käyttää inertin kaasun painetta (tyypillisesti argonia) tiivistymisen lisäämiseksi. SiC-jauhetiiviste, joka on suljettu lasi- tai metallisäiliöön, altistetaan isostaattiselle paineelle uunissa. Kun lämpötila nousee sintrausalueelle, kompressori ylläpitää useiden megapascalien alkupainetta. Tämä paine kasvaa asteittain kuumennuksen aikana saavuttaen jopa 200 MPa, mikä poistaa tehokkaasti sisäiset huokoset ja saavuttaa suuren tiheyden.

6. Kipinäplasmasintraus (SPS):

SPS on uusi jauhemetallurginen tekniikka tiheiden materiaalien, mukaan lukien metallien, keramiikan ja komposiittien, tuotantoon. Se käyttää suurienergisiä sähköpulsseja tuottamaan pulssivirtaa ja kipinöimään plasmaa jauhehiukkasten väliin. Tämä paikallinen kuumennus ja plasman muodostuminen tapahtuvat suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa ja lyhyinä kestoina, mikä mahdollistaa nopean sintraamisen. Prosessi poistaa tehokkaasti pintojen epäpuhtaudet, aktivoi hiukkaspinnat ja edistää nopeaa tiivistymistä. SPS:ää on käytetty menestyksekkäästi tiheän piikarbidikeramiikan valmistukseen käyttämällä sintrausapuaineina Al2O3:a ja Y2O3:a.

7. Mikroaaltosintraus:

Toisin kuin perinteinen lämmitys, mikroaaltosintraus hyödyntää materiaalien dielektristä häviötä mikroaaltouunin sähkömagneettisessa kentässä tilavuuden kuumentamisen ja sintrauksen saavuttamiseksi. Tämä menetelmä tarjoaa etuja, kuten alhaisemmat sintrauslämpötilat, nopeammat kuumennusnopeudet ja paremman tiivistymisen. Mikroaaltosintrauksen aikana tehostettu massansiirto edistää myös hienorakeisten mikrorakenteiden muodostumista.

8. Flash-sintraus:

Flash-sintraus (FS) on saanut huomiota alhaisesta energiankulutuksestaan ​​ja erittäin nopeasta sintrauskinetiikasta. Prosessi sisältää jännitteen kohdistamisen uunissa olevan vihreän kappaleen yli. Kun kynnyslämpötila saavutetaan, äkillinen epälineaarinen virran lisäys synnyttää nopean Joule-kuumenemisen, mikä johtaa lähes hetkelliseen tiivistymiseen sekunneissa.

9. Oscillatory Pressure Sintraus (OPS):

Dynaamisen paineen lisääminen sintrauksen aikana häiritsee hiukkasten lukittumista ja agglomeraatiota, mikä vähentää huokoskokoa ja jakautumista. Tämä johtaa erittäin tiheisiin, hienorakeisiin ja homogeenisiin mikrorakenteisiin, mikä tuottaa lujaa ja luotettavaa keramiikkaa. Xie Zhipengin Tsinghuan yliopiston tiimin edelläkävijä OPS korvaa tavanomaisessa sintrauksessa jatkuvan staattisen paineen dynaamisella värähtelypaineella.

OPS tarjoaa useita etuja:

Parannettu vihreä tiheys: Jatkuva värähtelypaine edistää hiukkasten uudelleenjärjestelyä, mikä lisää merkittävästi jauhekompaktin vihreää tiheyttä.

Lisääntynyt sintrausvoima: OPS tarjoaa suuremman käyttövoiman tiivistämiseen, parantaa viljan pyörimistä, liukumista ja muovivirtausta. Tämä on erityisen hyödyllistä sintrauksen myöhemmissä vaiheissa, joissa hallittu värähtelytaajuus ja amplitudi eliminoivat tehokkaasti jäännöshuokoset raerajoilla.

Valokuva värähtelypainesintrauslaitteistosta

Yleisten tekniikoiden vertailu:

Näistä tekniikoista reaktiosintrausta, paineetonta sintrausta ja uudelleenkiteytyssintrausta käytetään laajasti teollisessa piikarbidin tuotannossa, joilla jokaisella on ainutlaatuisia etuja, jotka johtavat erilaisiin mikrorakenteisiin, ominaisuuksiin ja sovelluksiin.

Reaktiosidottu SiC:Tarjoaa alhaisia ​​sintrauslämpötiloja, kustannustehokkuutta, minimaalista kutistumista ja suurta tiivistymistä, joten se sopii suurille, monimutkaisille komponenteille. Tyypillisiä käyttökohteita ovat korkean lämpötilan uunihuonekalut, poltinsuuttimet, lämmönvaihtimet ja optiset heijastimet.

Paineeton sintrattu piikarbidi:Tarjoaa kustannustehokkuuden, muodon monipuolisuuden, suuren tiheyden, yhtenäisen mikrorakenteen ja erinomaiset yleisominaisuudet, mikä tekee siitä ihanteellisen tarkkuuskomponenteille, kuten tiivisteet, liukulaakerit, ballistiset panssarit, optiset heijastimet ja puolijohdekiekkojen istukat.

Uudelleenkiteytetty piikarbidi:Sisältää puhtaat piikarbidifaasit, korkean puhtauden, korkean huokoisuuden, erinomaisen lämmönjohtavuuden ja lämpöiskun kestävyyden, joten se sopii korkean lämpötilan uunikalusteille, lämmönvaihtimille ja poltinsuuttimille.**

Me Semicorexilla olemme erikoistuneetSiC Keramiikka ja muutKeraamiset materiaalitpuolijohteiden valmistuksessa, jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Yhteyspuhelin: +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com