Специјализирани техники за подготовка за керамика со силикон карбид

Керамика од силициум карбид (SiC).материјалите поседуваат низа одлични својства, вклучувајќи јачина на висока температура, силна отпорност на оксидација, супериорна отпорност на абење, термичка стабилност, низок коефициент на термичка експанзија, висока топлинска спроводливост, висока цврстина, отпорност на термички шок и отпорност на хемиска корозија. Овие карактеристики ја прават SiC керамиката сè поприменлива во различни области како што се автомобилската, механичката и хемиската индустрија, заштитата на животната средина, вселенската технологија, информатичката електроника и енергијата.SiC керамикастанаа незаменлив структурен керамички материјал во многу индустриски сектори поради нивните извонредни перформанси.

Кои се структурните карактеристики што ги подобруваатSiC керамика?

Супериорните својства наSiC керамикасе тесно поврзани со нивната единствена структура. SiC е соединение со многу силни ковалентни врски, каде што јонскиот карактер на врската Si-C е само околу 12%. Ова резултира со висока јачина и голем модул на еластичност, обезбедувајќи одлична отпорност на абење. Чистиот SiC не се кородира со киселински раствори како HCl, HNO3, H2SO4 или HF, ниту со алкални раствори како што е NaOH. Додека има тенденција да оксидира кога се загрева во воздух, формирањето на слој SiO2 на површината ја инхибира понатамошната дифузија на кислород, со што се одржува ниска стапката на оксидација. Дополнително, SiC покажува полупроводнички својства, со добра електрична спроводливост кога се внесуваат мали количини на нечистотии и одлична топлинска спроводливост.

Како различните кристални форми на SiC влијаат на неговите својства?

SiC постои во две главни кристални форми: α и β. β-SiC има кубна кристална структура, при што Si и C формираат кубни решетки во центарот на лицето. α-SiC постои во повеќе од 100 политипови, вклучувајќи 4H, 15R и 6H, при што 6H е најчесто користен во индустриски апликации. Стабилноста на овие политипови варира со температурата. Под 1600°C, SiC постои во β форма, додека над 1600°C, β-SiC постепено се трансформира во различни α-SiC политипови. На пример, 4H-SiC формира околу 2000°C, додека политиповите 15R и 6H бараат температури над 2100°C за лесно да се формираат. Политипот 6H останува стабилен дури и над 2200°C. Малата разлика во слободната енергија помеѓу овие политипови значи дека дури и малите нечистотии можат да ги променат нивните односи на термичка стабилност.

Кои се техниките за производство на SiC прав?

Подготовката на прашоци од SiC може да се категоризира на синтеза во цврста фаза и синтеза во течна фаза врз основа на почетната состојба на суровините.

Кои се методите вклучени во синтезата во цврста фаза? 

Синтезата во цврста фаза првенствено вклучува карботермална редукција и директни реакции на силикон-јаглерод. Методот на карботермална редукција го опфаќа процесот на Ачесон, методот на вертикална печка и методот на ротациона печка со висока температура. Процесот на Ачесон, измислен од Ачесон, вклучува редукција на силициум диоксид во кварцен песок со јаглерод во електрична печка Ачесон, поттикнат од електрохемиска реакција при висока температура и силни електрични полиња. Овој метод, со историја на индустриско производство што опфаќа повеќе од еден век, дава релативно груби SiC честички и има голема потрошувачка на енергија, од која голем дел се губи како топлина.

Во 1970-тите, подобрувањата на процесот Ачесон доведоа до развој во 1980-тите, како што се вертикални печки и ротациони печки со висока температура за синтетизирање на β-SiC прашок, со понатамошен напредок во 1990-тите. Осаки и сор. откриле дека гасот SiO ослободен од загревање на мешавина од SiO2 и Si прав реагира со активиран јаглерод, со зголемена температура и продолжено време на задржување што ја намалува специфичната површина на прашокот бидејќи се ослободува повеќе SiO гас. Методот на директна реакција силикон-јаглерод, примена на саморазмножувачка синтеза на висока температура, вклучува палење на телото на реактантот со надворешен извор на топлина и користење на топлината на хемиската реакција ослободена за време на синтезата за да се одржи процесот. Овој метод има мала потрошувачка на енергија, едноставна опрема и процеси и висока продуктивност, иако е тешко да се контролира реакцијата. Слабата егзотермичка реакција помеѓу силициумот и јаглеродот го прави предизвик да се запали и да се одржи на собна температура, што бара дополнителни извори на енергија како што се хемиски печки, директна струја, претходно загревање или помошни електрични полиња.

Како се синтетизира SiC прав со користење на методи на течна фаза? 

Методите на синтеза во течна фаза вклучуваат техники на распаѓање на сол-гел и полимер. Евел и сор. најпрво го предложил методот сол-гел, кој подоцна бил применет за подготовка на керамика околу 1952 година. Овој метод користи течни хемиски реагенси за подготовка на прекурсори на алкоксид, кои се раствораат на ниски температури за да формираат хомоген раствор. Со додавање на соодветни средства за желатинирање, алкоксидот се подложува на хидролиза и полимеризација за да се формира стабилен систем на сол. По долго стоење или сушење, Si и C се рамномерно измешани на молекуларно ниво. Загревањето на оваа смеса на 1460-1600°C предизвикува реакција на карботермална редукција за да се добие фин SiC прашок. Клучните параметри за контрола за време на обработката на сол-гел вклучуваат pH на растворот, концентрација, температура на реакцијата и време. Овој метод го олеснува хомогеното додавање на различни компоненти во трагови, но има недостатоци како што се резидуален хидроксил и органски растворувачи штетни за здравјето, високи трошоци за суровини и значително собирање за време на обработката.

Високотемпературното распаѓање на органските полимери е уште еден ефикасен метод за производство на SiC:

Греење на гел полисилоксани за нивно разложување на мали мономери, на крајот формирајќи SiO2 и C, кои потоа се подложени на карботермална редукција за да се добие SiC прашок.

Загревањето на поликарбосиланите за нивно разложување на мали мономери, формирајќи рамка што на крајот резултира со SiC прав. Неодамнешните техники на сол-гел овозможија производство на сол/гел материјали базирани на SiO2, обезбедувајќи хомогена дистрибуција на адитиви за синтерување и зацврстување во гелот, што го олеснува формирањето на SiC керамички прашоци со високи перформанси.

Зошто синтерувањето без притисок се смета за ветувачка техника заSiC керамика?

Синтерувањето без притисок се смета за многу ветувачки метод засинтерување SiC. Во зависност од механизмот на синтерување, може да се подели на синтерување во цврста фаза и синтерување во течна фаза. S. Proehazka постигна релативна густина над 98% за SiC синтерувани тела со додавање соодветни количини на B и C на ултра финиот β-SiC прашок (со содржина на кислород под 2%) и синтерување на 2020°C под нормален притисок. A. Mulla et al. користеле Al2O3 и Y2O3 како адитиви за синтерување 0,5μm β-SiC (со мала количина SiO2 на површината на честичките) на 1850-1950°C, постигнувајќи релативна густина поголема од 95% од теоретската густина и фини зрна со просечна големина од 1,5 μm.

Како се подобрува синтерувањето со топла пресаSiC керамика?

Надо истакна дека чистиот SiC може густо да се синтерува само на екстремно високи температури без никакви помагала за синтерување, што ги натера многумина да го истражуваат синтерувањето со топла преса. Бројни студии ги испитуваа ефектите од додавање на B, Al, Ni, Fe, Cr и други метали врз згуснувањето на SiC, при што се покажа дека Al и Fe се најефикасни за промовирање на синтерување со топла преса. Ф.Ф. Ланге ги истражуваше перформансите на синтеруваниот SiC со топла преса со различни количини на Al2O3, припишувајќи згуснување на механизмот на растворање-повторно таложење. Сепак, синтерувањето со топла преса може да произведе само едноставни SiC компоненти, а количината на производот во еден процес на синтерување е ограничена, што го прави помалку погоден за индустриско производство.

Кои се придобивките и ограничувањата од реакционото синтерување за SiC?

SiC синтеруван со реакција, исто така познат како само-врзан SiC, вклучува реакција на порозно зелено тело со гасовити или течни фази за да се зголеми масата, да се намали порозноста и да се синтетува во силен, димензионално прецизен производ. Процесот вклучува мешање α-SiC прашок и графит во одреден сооднос, загревање на околу 1650°C и инфилтрирање во зеленото тело со стопен Si или гасовит Si, кој реагира со графит за да формира β-SiC, врзувајќи го постоечкиот α-SiC честички. Целосната инфилтрација на Si резултира со целосно густо, димензионално стабилно тело синтерувано со реакција. Во споредба со другите методи на синтерување, реакциското синтерување вклучува минимални димензионални промени за време на згуснувањето, што овозможува производство на прецизни компоненти. Сепак, присуството на значителна количина на SiC во синтеруваното тело доведува до послаби перформанси на висока температура.

Сумирано,SiC керамикапроизведени со синтерување без притисок, синтерување со топла преса, топло изостатско пресување и реакционо синтерување покажуваат различни карактеристики на изведбата.SiC керамикаод топла преса и топло изостатско пресување генерално имаат повисоки синтерувани густини и јакости на виткање, додека SiC синтеруваниот со реакција има релативно помали вредности. Механичките својства наSiC керамикаисто така се разликуваат со различни адитиви за синтерување. Без притисок, топла преса и синтерувана со реакцијаSiC керамикапокажуваат добра отпорност на силни киселини и бази, но SiC синтеруваниот со реакција има послаба отпорност на корозија на силни киселини како HF. Во однос на перформансите на висока температура, речиси ситеSiC керамикапокажуваат подобрување на јачината под 900°C, додека јакоста на свиткување на SiC синтеруваниот со реакција нагло се намалува над 1400°C поради присуството на слободен Si. Високотемпературни перформанси на изостатско притиснато без притисок и топлоSiC керамикапрвенствено зависи од видот на употребените адитиви.

Додека секој метод на синтерување заSiC керамикаима свои заслуги, брзиот напредок на технологијата бара тековни подобрувања воSiC керамикаперформанси, производствени техники и намалување на трошоците. Постигнување на нискотемпературно синтерување наSiC керамикае од клучно значење за намалување на потрошувачката на енергија и трошоците за производство, а со тоа промовирање на индустријализацијата наSiC керамикапроизводи.**

Ние во Semicorex сме специјализирани заSiC керамикаи други керамички материјали кои се применуваат во производството на полупроводници, доколку 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