Преглед на 9 техники на синтерување за керамика со силициум карбид

Силициум карбид (SiC), истакната структурна керамика, е позната по своите исклучителни својства, вклучувајќи јачина на висока температура, цврстина, модул на еластичност, отпорност на абење, топлинска спроводливост и отпорност на корозија. Овие атрибути го прават погоден за широк опсег на апликации, од традиционални индустриски употреби во мебел од печки со висока температура, млазници за горилници, разменувачи на топлина, запечатувачки прстени и лизгачки лежишта, до напредни апликации како балистички оклоп, вселенски ретровизори, полупроводнички нафора, и обложување на нуклеарно гориво.

Процесот на синтерување е клучен за одредување на крајните својства наSiC керамика. Опсежните истражувања доведоа до развој на различни техники на синтерување, почнувајќи од воспоставени методи како реакциско синтерување, синтерување без притисок, синтерување со рекристализација и топло пресување, до поновите иновации како синтерување со плазма со искра, синтерување со блиц и синтерување со осцилаторен притисок.

Еве подетален поглед на девет истакнатиSiC керамикатехники на синтерување:

1. Топло пресување:

Пионер на Alliegro et al. во компанијата Нортон, топлото пресување вклучува истовремено примена на топлина и притисок на aSiC прашоккомпактен во матрица. Овој метод овозможува истовремено згуснување и обликување. Иако е ефективно, топлото пресување бара сложена опрема, специјализирани матрици и строга контрола на процесот. Неговите ограничувања вклучуваат висока потрошувачка на енергија, ограничена сложеност на обликот и високи трошоци за производство.

2. Реакциско синтерување:

Прво предложено од П. Попер во 1950-тите, реакциското синтерување вклучува мешањеSiC прашоксо извор на јаглерод. Зеленото тело, формирано преку лизгање, суво пресување или ладно изостатско пресување, се подложува на процес на инфилтрација на силициум. Загревањето над 1500°C во вакуум или инертна атмосфера го топи силиконот, кој се инфилтрира во порозното тело преку капиларно дејство. Течниот или гасовитиот силициум реагира со јаглерод, формирајќи in-situ β-SiC што се поврзува со постоечките SiC честички, што резултира со густа керамика.

SiC поврзан со реакција може да се пофали со ниски температури на синтерување, економичност и висока густина. Занемарливото собирање при синтерување го прави особено погоден за големи компоненти во сложена форма. Типични апликации вклучуваат мебел од печка со висока температура, цевки за зрачење, разменувачи на топлина и млазници за десулфуризација.

Семикорекс Процесен пат на бродот RBSiC

3. Синтерување без притисок:

Развиено од S. Prochazka et al. во GE во 1974 година, синтерувањето без притисок ја елиминира потребата за надворешен притисок. Згуснувањето се случува на 2000-2150°C под атмосферски притисок (1,01×105 Pa) во инертна атмосфера со помош на адитиви за синтерување. Синтерувањето без притисок може дополнително да се категоризира на синтерување во цврста состојба и синтерување во течна фаза.

Синтерувањето без притисок во цврста состојба постигнува високи густини (3,10-3,15 g/cm3) без интергрануларни стаклени фази, што резултира со исклучителни механички својства на висока температура, при употреба на температури до 1600°C. Сепак, прекумерниот раст на зрната при високи температури на синтерување може негативно да влијае на јачината.

Синтерувањето без притисок во течна фаза го проширува опсегот на примена на керамиката SiC. Течната фаза, формирана со топење на една компонента или евтектичка реакција на повеќе компоненти, ја подобрува кинетиката на згуснување со обезбедување патека на висока дифузија, што доведува до пониски температури на синтерување во споредба со синтерувањето во цврста состојба. Ситната големина на зрното и преостанатата интергрануларна течна фаза во синтеруваниот SiC во течна фаза промовираат премин од трансгрануларна во интергрануларна фрактура, зголемувајќи ја јакоста на свиткување и цврстината на фрактура.

Синтерувањето без притисок е зрела технологија со предности како исплатливост и разновидност на обликот. Конкретно, синтеруваниот SiC во цврста состојба нуди висока густина, униформа микроструктура и одлични вкупни перформанси, што го прави погоден за компоненти отпорни на абење и корозија, како што се запечатувачките прстени и лизгачките лежишта.

Оклоп од синтеруван силикон карбид без притисок

4. Синтерување со рекристализација:

Во 1980-тите, Кригесман демонстрираше изработка на рекристализирани со високи перформансиSiC керамикасо лиење на лизгање проследено со синтерување на 2450°C. Оваа техника беше брзо усвоена за големо производство од FCT (Германија) и Нортон (САД).

Рекристализираниот SiC вклучува синтерување на зелено тело формирано со пакување на SiC честички со различни големини. Ситните честички, рамномерно распоредени во меѓупросторите на покрупните честички, испаруваат и кондензираат на допирните точки на поголемите честички на температури над 2100°C под контролирана атмосфера. Овој механизам за испарување-кондензација формира нови граници на зрната на грлото на честичките, што доведува до раст на зрната, формирање на вратот и синтерувано тело со преостаната порозност.

Главните карактеристики на рекристализираниот SiC вклучуваат:

Минимално собирање: Отсуството на граница на зрно или волуменска дифузија за време на синтерувањето резултира со незначително собирање.

Обликување во близина на мрежата: синтеруваната густина останува речиси идентична со густината на зеленото тело.

Чисти граници на зрно: рекристализираниот SiC покажува чисти граници на зрната без стаклени фази или нечистотии.

Преостаната порозност: синтеруваното тело обично задржува 10-20% порозност.

5. Топло изостатско пресување (HIP):

HIP користи притисок на инертен гас (обично аргон) за подобрување на згуснувањето. Компактниот SiC прашок, затворен во стаклен или метален сад, е подложен на изостатски притисок во печката. Како што температурата се зголемува до опсегот на синтерување, компресорот одржува почетен притисок на гасот од неколку мегапаскали. Овој притисок прогресивно се зголемува за време на загревањето, достигнувајќи до 200 MPa, ефикасно елиминирајќи ги внатрешните пори и постигнувајќи висока густина.

6. Синтерирање со искра со плазма (SPS):

SPS е нова техника за металургија на прав за производство на густи материјали, вклучувајќи метали, керамика и композити. Тој користи високоенергетски електрични импулси за да генерира импулсна електрична струја и да искра плазма помеѓу честичките во прав. Ова локализирано загревање и производство на плазма се случуваат при релативно ниски температури и кратко времетраење, што овозможува брзо синтерување. Процесот ефикасно ги отстранува површинските загадувачи, ги активира површините на честичките и промовира брзо згуснување. SPS успешно се користи за производство на густа SiC керамика користејќи Al2O3 и Y2O3 како помагала за синтерување.

7. Синтерување во микробранова печка:

За разлика од конвенционалното загревање, синтерувањето во микробранова печка ја користи диелектричната загуба на материјали во микробрановото електромагнетно поле за да постигне волуметриско загревање и синтерување. Овој метод нуди предности како што се пониски температури на синтерување, побрзи стапки на загревање и подобрена густина. Засилениот транспорт на маса за време на синтерувањето во микробранова печка, исто така, промовира фино зрнести микроструктури.

8. Флеш синтерување:

Синтерувањето со блиц (FS) привлече внимание поради ниската потрошувачка на енергија и ултрабрзата кинетика на синтерување. Процесот вклучува примена на напон преку зелено тело во печка. По достигнувањето на прагот на температурата, ненадејното нелинеарно зголемување на струјата генерира брзо загревање со џул, што доведува до скоро моментално згуснување за неколку секунди.

9. Синтерување со осцилаторно притисок (OPS):

Воведувањето динамичен притисок за време на синтерувањето го нарушува испреплетувањето и агломерацијата на честичките, намалувајќи ја големината и дистрибуцијата на порите. Ова резултира со многу густи, ситнозрнести и хомогени микроструктури, што дава висока цврстина и сигурна керамика. Пионер од тимот на Ксие Жипенг на Универзитетот Цингхуа, OPS го заменува постојаниот статички притисок при конвенционалното синтерување со динамичен осцилаторен притисок.

OPS нуди неколку предности:

Зголемена зелена густина: Континуираниот осцилаторен притисок промовира преуредување на честичките, значително зголемувајќи ја зелената густина на компактниот прав.

Зголемена движечка сила на синтерување: OPS обезбедува поголема движечка сила за згуснување, подобрување на ротацијата на зрната, лизгањето и протокот на пластика. Ова е особено корисно за време на подоцнежните фази на синтерување, каде што контролираната фреквенција и амплитуда на осцилации ефикасно ги елиминираат преостанатите пори на границите на зрната.

Фотографија на опрема за синтерување со осцилаторен притисок

Споредба на заеднички техники:

Меѓу овие техники, реакционото синтерување, синтерувањето без притисок и синтерувањето со рекристализација се широко користени за индустриско производство на SiC, секоја со уникатни предности, што резултира со различни микроструктури, својства и апликации.

SiC поврзан со реакција:Нуди ниски температури на синтерување, исплатливост, минимално собирање и голема згуснување, што го прави погоден за големи компоненти со сложена форма. Типични апликации вклучуваат мебел од печка со висока температура, млазници за горилници, разменувачи на топлина и оптички рефлектори.

Синтеруван SiC без притисок:Обезбедува исплатливост, разноврсност на обликот, висока густина, униформа микроструктура и одлични севкупни својства, што го прави идеален за прецизни компоненти како што се заптивки, лизгачки лежишта, балистички оклоп, оптички рефлектори и полупроводнички нафора.

Рекристализиран SiC:Се одликува со чисти SiC фази, висока чистота, висока порозност, одлична топлинска спроводливост и отпорност на термички удари, што го прави погоден за високотемпературен мебел од печка, разменувачи на топлина и прскалки за горилници.**

Ние во Semicorex сме специјализирани заSiC керамика и другиКерамички материјалисе применува во производството на полупроводници, ако имате какви било прашања или ви требаат дополнителни детали, ве молиме не двоумете се да стапите во контакт со нас.

Телефон за контакт: +86-13567891907

Е-пошта: sales@semicorex.com