Tutkimus reaktiosintratusta piikarbidikeramiikasta ja niiden ominaisuuksista

Miksi piikarbidi on tärkeää?

Piikarbidi (SiC) on piin ja hiiliatomien välisten kovalenttisten sidosten muodostama yhdiste, joka tunnetaan erinomaisesta kulutuskestävyydestään, lämpöiskunkestävyydestään, korroosionkestävyydestään ja korkeasta lämmönjohtavuudestaan. Sitä käytetään laajalti ilmailuteollisuudessa, mekaanisessa valmistuksessa, petrokemianteollisuudessa, metallinsulatuksessa ja elektroniikkateollisuudessa, erityisesti kulutusta kestävien osien ja korkean lämpötilan rakenneosien valmistuksessa.Reaktiosintrattu piikarbidikeramiikkaovat ensimmäisiä rakennekeraamisia, jotka ovat saavuttaneet teollisen mittakaavan tuotannon. Perinteinenreaktiosintrattu piikarbidikeramiikkavalmistetaan piikarbidijauheesta ja pienestä määrästä hiilijauhetta korkean lämpötilan piin tunkeutumisreaktiosintrauksella, joka vaatii pitkiä sintrausaikoja, korkeita lämpötiloja, suurta energiankulutusta ja korkeita kustannuksia. Reaktiosintratun piikarbiditeknologian kasvavan käytön myötä perinteiset menetelmät eivät riitä tyydyttämään monimutkaisten muotojen teollista kysyntää.piikarbidi keramiikka.

Mitä ovat viimeaikaiset edistysaskeleetReaktiosintrattu piikarbidi?

Viimeaikaiset edistysaskeleet ovat johtaneet suuren tiheyden ja korkean taivutuslujuuden tuotantoonpiikarbidi keramiikkakäyttämällä nanokokoista piikarbidijauhetta, mikä parantaa merkittävästi materiaalin mekaanisia ominaisuuksia. Nanokokoisen piikarbidijauheen korkea hinta, jonka hinta on yli kymmeniä tuhansia dollareita tonnilta, estää kuitenkin laajamittaisen käytön. Tässä työssä käytimme laajasti saatavilla olevaa puuhiiltä hiilen lähteenä ja mikronikokoista piikarbidia kiviaineksena liukuvalutekniikan avulla.reaktiosintrattu piikarbidikeramiikkavihreitä ruumiita. Tämä lähestymistapa eliminoi piikarbidijauheen esisyntetisoinnin tarpeen, alentaa tuotantokustannuksia ja mahdollistaa suurten, monimutkaisen muotoisten ohutseinäisten tuotteiden valmistuksen, mikä tarjoaa referenssin suorituskyvyn ja sovellusten parantamiseen.reaktiosintrattu piikarbidikeramiikka.

Mitä raaka-aineita käytettiin?

Kokeessa käytettyjä raaka-aineita ovat mm.

Piikarbidi, jonka hiukkaskoon mediaani (d50) on 3,6 μm ja puhtaus (w(SiC)) ≥ 98 %

Nokimusta, jonka keskimääräinen hiukkaskoko (d50) on 0,5 μm ja puhtaus (w©) ≥ 99 %

Grafiitti, jonka hiukkaskoon mediaani (d50) on 10 μm ja puhtaus (w©) ≥ 99 %

Dispergointiaineet: polyvinyylipyrrolidoni (PVP) K30 (K-arvo 27-33) ja K90 (K-arvo 88-96)

Veden vähennysaine: Polykarboksylaatti CE-64

Julkaisuagentti: AO

Deionisoitu vesi

Miten koe suoritettiin?

Kokeilu suoritettiin seuraavasti:

Raaka-aineiden sekoittaminen taulukon 1 mukaisesti sähkösekoittimella 4 tunnin ajan tasaisesti sekoitetun lietteen saamiseksi.

Pitämällä lietteen viskositeetti < 1000 mPa·s, sekoitettu liete kaadettiin valmistettuihin kipsimuotteihin liukuvalua varten, annettiin kuivua kipsimuottien läpi 2-3 minuuttia viherkappaleiden muodostamiseksi.

Viherkappaleet asetettiin viileään paikkaan 48 tunniksi, poistettiin sitten muoteista ja kuivattiin tyhjökuivausuunissa 80 °C:ssa 4-6 tuntia.

Viherkappaleiden liimanpoisto suoritettiin muhveliuunissa 800 °C:ssa 2 tunnin ajan esimuottien saamiseksi.

Aihiot upotettiin hiilimustan, piijauheen ja boorinitridin sekoitettuun jauheeseen massasuhteessa 1:100:2000 ja sintrattiin uunissa 1720 °C:ssa 2 tunnin ajan täysin hienojakoisen piikarbidikeramiikan saamiseksi. .

Mitä menetelmiä suorituskykytestauksessa käytettiin?

Suorituskykytesti sisälsi:

Lietteen viskositeetin mittaus eri sekoitusaikoina (1-5 tuntia) pyörivällä viskosimetrillä huoneenlämpötilassa.

Aihioiden tilavuustiheyden mittaus kansallisen GB/T 25995-2010 standardin mukaisesti.

Sintrattujen näytteiden taivutuslujuuden mittaaminen 1720 °C:ssa GB/T 6569-2006 mukaisesti, näytteen mitat 3 mm × 4 mm × 36 mm, jänneväli 30 mm ja latausnopeus 0,5 mm·min^-1 .

Sintrattujen näytteiden faasikoostumuksen ja mikrorakenteen analysointi 1720 °C:ssa käyttämällä XRD:tä ja SEM:ää.

Kuinka sekoitusaika vaikuttaa lietteen viskositeettiin, esimuotin tilavuustiheyteen ja näennäiseen huokoisuuteen?

Kuviot 1 ja 2 esittävät sekoitusajan ja lietteen viskositeetin välisen suhteen näytteelle 2# sekä sekoitusajan ja esimuotin tilavuustiheyden ja näennäisen huokoisuuden välisen suhteen.

Kuva 1 osoittaa, että sekoitusajan pidentyessä viskositeetti laskee saavuttaen vähintään 721 mPa·s 4 tunnin kohdalla ja sitten stabiloituu.

Kuva 2 osoittaa, että näytteen 2# suurin tilavuustiheys on 1,47 g·cm^-3 ja pienin näennäinen huokoisuus 32,4 %. Alempi viskositeetti johtaa parempaan dispersioon, mikä johtaa tasaisempaan ja parantuneeseen lietteeseenpiikarbidi keramiikkasuorituskykyä. Riittämätön sekoitusaika johtaa piikarbidin hienojauheen epätasaiseen sekoittumiseen, kun taas liiallinen sekoitusaika haihduttaa enemmän vettä, mikä horjuttaa järjestelmää. Ihanteellinen sekoitusaika täysin hienojakoisen piikarbidikeramiikan valmistukseen on 4 tuntia.

Taulukossa 2 on lueteltu lietteen viskositeetti, esimuotin tilavuustiheys ja näennäinen huokoisuus näytteelle 2#, johon on lisätty grafiittia, ja näytteelle 6# ilman lisättyä grafiittia. Grafiitin lisääminen alentaa lietteen viskositeettia, lisää esimuotin tilavuuden tiheyttä ja vähentää näennäistä huokoisuutta grafiitin voitelevan vaikutuksen ansiosta, mikä johtaa parempaan dispersioon ja lisääntyneeseen tiheyteen täysin hienojakoisen jauheen ansiosta.piikarbidi keramiikka. Ilman grafiittia lietteellä on korkeampi viskositeetti, huonompi dispersio ja stabiilisuus, minkä vuoksi grafiitin lisääminen on välttämätöntä.

Kuvassa 3 esitetään esimuotin tilavuustiheys ja näennäinen huokoisuus näytteistä, joiden hiilimustapitoisuus on erilainen. Näytteen 2# suurin tilavuustiheys on 1,47 g·cm^-3 ja pienin näennäinen huokoisuus 32,4 %. Liian pieni huokoisuus kuitenkin estää piin tunkeutumisen.

Kuvio 4 esittää näytteen 2# esimuotojen ja sintrattujen näytteiden XRD-spektrit 1720 °C:ssa. Aihiot sisältävät grafiittia ja β-SiC:tä, kun taas sintratut näytteet sisältävät Si:tä, β-SiC:tä ja α-SiC:tä, mikä osoittaa, että osa β-SiC:stä muuttuu α-SiC:ksi korkeissa lämpötiloissa. Sintratut näytteet osoittavat myös lisääntynyttä Si- ja vähentynyttä C-pitoisuutta korkean lämpötilan piin tunkeutumisesta johtuen, jossa Si reagoi C:n kanssa muodostaen piikarbidia ja täyttää huokoset.

Kuva 5 esittää eri näyteaihioiden murtumismorfologiaa. Kuvista paljastuu hieno piikarbidi, grafiitti ja huokoset. Näytteissä 1#, 4# ja 5# on suuremmat hiutalefaasit ja epätasaisesti jakautuneet huokoset epätasaisen sekoittumisen vuoksi, mikä johtaa alhaiseen esimuotien tiheyteen ja korkeaan huokoisuuteen. Näyte 2#, jossa on 5,94 % (w) hiilimustaa, osoittaa optimaalisen mikrorakenteen.

Kuva 6 esittää näytteen 2# murtumismorfologiaa 1720 °C:ssa sintrauksen jälkeen, ja siinä näkyy tiiviisti ja tasaisesti jakautuneita piikarbidihiukkasia minimaalisella huokoisuudella. Piikarbidihiukkasten kasvu johtuu korkeiden lämpötilojen vaikutuksista. Pienempiä äskettäin muodostuneita piikarbidihiukkasia nähdään myös reaktiosintrauksen alkuperäisten SiC-runkohiukkasten välissä, jolloin osa SiC-jäännöksestä täyttää alkuperäiset huokoset, mikä vähentää jännityspitoisuutta, mutta saattaa vaikuttaa suorituskykyyn korkeassa lämpötilassa sen alhaisen sulamispisteen vuoksi. Sintratun tuotteen tilavuustiheys on 3,02 g·cm^-3 ja taivutuslujuus 580 MPa, mikä on yli kaksinkertainen lujuus tavalliseenreaktiosintrattu piikarbidi.

Johtopäätökset

Ihanteellinen sekoitusaika lieteelle, jota käytetään täysin hienojakoisen jauheen valmistamiseenpiikarbidi keramiikkaon 4 tuntia. Grafiitin lisääminen vähentää lietteen viskositeettia, lisää esimuotin tilavuuden tiheyttä ja vähentää näennäistä huokoisuutta, mikä lisää täysin hienojakoisen jauheen tiheyttä.piikarbidi keramiikka.

Ihanteellinen hiilimustapitoisuus täysin hienojakoisen piikarbidikeramiikan valmistukseen on 5,94 % (w).

Sintratut piikarbidihiukkaset ovat jakautuneet tiiviisti ja tasaisesti minimaalisella huokoisuudella, mikä osoittaa kasvutrendiä. Sintratun tuotteen tiheys on 3,02 g·cm^-3 ja taivutuslujuus 580 MPa, mikä parantaa merkittävästi täysin hienojakoisen tuotteen mekaanista lujuutta ja tiheyttä.piikarbidi keramiikka.**

Me Semicorexilla olemme erikoistuneetSiC Keramiikkaja muut puolijohteiden valmistuksessa käytettävät keraamiset materiaalit, jos sinulla on kysyttävää tai tarvitset lisätietoja, älä epäröi ottaa meihin yhteyttä.

Yhteyspuhelin: +86-13567891907

Sähköposti: sales@semicorex.com