Студија за SiC керамика синтерувана со реакција и нивните својства

Зошто силициум карбид е важен?

Силициум карбид (SiC) е соединение формирано од ковалентни врски помеѓу атомите на силикон и јаглерод, познато по неговата одлична отпорност на абење, отпорност на термички шок, отпорност на корозија и висока топлинска спроводливост. Широко се користи во воздушната, механичкото производство, петрохемикалиите, топењето на метали и електронската индустрија, особено за изработка на делови отпорни на абење и структурни компоненти на висока температура.Керамика со силициум карбид синтерувана со реакцијасе меѓу првите структурна керамика што постигна производство во индустриски размери. Традиционаленкерамика со силициум карбид синтерувана со реакцијасе направени од прашок од силициум карбид и мала количина јаглероден прав преку реакциско синтерување со силиконска инфилтрација на висока температура, кое бара долго време на синтерување, високи температури, висока потрошувачка на енергија и високи трошоци. Со растечката примена на технологијата на силициум карбид синтеруван со реакција, традиционалните методи не се доволни за да се задоволат индустриските потреби за сложенисилициум карбид керамика.

Кои се последните достигнувања воРеакција-синтеруван силициум карбид?

Неодамнешниот напредок доведе до производство на висока густина, висока цврстина на свиткувањесилициум карбид керамикакористење на нано-големина силициум карбид во прав, значително подобрување на механичките својства на материјалот. Сепак, високата цена на нано-големина силициум карбид во прав, по цена од над десетици илјади долари за тон, ја попречува примената во големи размери. Во оваа работа, користевме широко достапен дрвен јаглен како извор на јаглерод и силициум карбид со големина на микрон како агрегат, користејќи технологија за лиење на лизгање за да се подготвикерамика со силициум карбид синтерувана со реакцијазелени тела. Овој пристап ја елиминира потребата од претходно синтетизирање на силициум карбид во прав, ги намалува трошоците за производство и овозможува производство на големи, сложени производи со тенкоѕидни ѕидови, обезбедувајќи референца за подобрување на перформансите и примената накерамика со силициум карбид синтерувана со реакција.

Кои се користени суровините?

Суровините што се користат во експериментот вклучуваат:

Силициум карбид со средна големина на честички (d50) од 3,6 μm и чистота (w(SiC)) ≥ 98%

Саѓи со средна големина на честички (d50) од 0,5 μm и чистота (w©) ≥ 99%

Графит со средна големина на честички (d50) од 10 μm и чистота (w©) ≥ 99%

Растворувачи: поливинилпиролидон (PVP) K30 (К вредност 27-33) и K90 (К вредност 88-96)

Редуктор на вода: Поликарбоксилат CE-64

Агент за ослободување: AO

Дејонизирана вода

Како беше спроведен експериментот?

Експериментот беше спроведен на следниов начин:

Мешање на суровините според Табела 1 со помош на електричен миксер 4 часа за да се добие рамномерно измешана кашеста маса.

Одржувајќи ја вискозноста на кашеста маса ≤ 1000 mPa·s, измешаната кашеста маса се истура во подготвени гипсени калапи за лиење на лизгање, се остава да се дехидрира низ гипсените калапи 2-3 минути за да се формираат зелени тела.

Зелените тела беа ставени на ладно место 48 часа, потоа отстранети од калапи и сушени во вакуумска рерна за сушење на 80°C за 4-6 часа.

Дегумирањето на зелените тела беше изведено во придушувачка печка на 800°C за 2 часа за да се добијат преформите.

Заготовките беа вметнати во мешан прав од саѓи, силициум во прав и бор нитрид во масен сооднос од 1:100:2000 и синтерувани во печка на 1720°C за 2 часа за да се добие целосно ситно прав силициум карбид керамика. .

Кои методи се користеа за тестирање на перформансите?

Тестирањето на перформансите вклучуваше:

Мерење на вискозноста на кашеста маса во различни времиња на мешање (1-5 часа) со помош на ротационен вискометар на собна температура.

Мерење на волуменската густина на преформите според националниот стандард GB/T 25995-2010.

Мерење на јачината на свиткување на синтеруваните примероци на 1720°C според GB/T 6569-2006, со димензии на примерокот од 3 mm × 4 mm × 36 mm, распон од 30 mm и брзина на полнење од 0,5 mm·min^-1 .

Анализирање на фазниот состав и микроструктурата на синтеруваните примероци на 1720°C со помош на XRD и SEM.

Како времето на мешање влијае на вискозноста на кашеста маса, густината на волуменот на преформот и привидната порозност?

Сликите 1 и 2 соодветно ја прикажуваат врската помеѓу времето на мешање и вискозноста на кашеста маса за примерокот 2# и односот помеѓу времето на мешање и густината на волуменот на преформата и привидната порозност.

Слика 1 покажува дека како што се зголемува времето на мешање, вискозноста се намалува, достигнувајќи минимум 721 mPa·s на 4 часа, а потоа се стабилизира.

Слика 2 покажува дека примерокот 2# има максимална волуменска густина од 1,47 g·cm^-3 и минимална привидна порозност од 32,4%. Понискиот вискозитет резултира со подобра дисперзија, што доведува до порамномерна кашеста маса и подобрувањесилициум карбид керамикаизведба. Недоволното време на мешање доведува до нерамномерно мешање на фин прашок од силициум карбид, додека прекумерното време на мешање испарува повеќе вода, дестабилизирајќи го системот. Оптималното време на мешање за подготовка на целосно ситно прашкаста керамика од силициум карбид е 4 часа.

Во табела 2 се наведени вискозноста на кашеста маса, густината на волуменот на преформата и привидната порозност на примерокот 2# со додаден графит и примерокот 6# без додаден графит. Додавањето графит ја намалува вискозноста на кашеста маса, ја зголемува густината на волуменот на преформата и ја намалува очигледната порозност поради подмачкувачкиот ефект на графитот, што резултира со подобра дисперзија и зголемена густина на целосно ситно правсилициум карбид керамика. Без графит, кашеста маса има поголем вискозитет, послаба дисперзија и стабилност, што го прави неопходно додавање на графит.

Слика 3 ја прикажува волуменската густина на преформата и очигледната порозност на примероците со различна содржина на саѓи. Примерокот 2# има најголема волуменска густина од 1,47 g·cm^-3 и најниска привидна порозност од 32,4%. Сепак, прениската порозност ја попречува инфилтрацијата на силициумот.

Слика 4 ги прикажува XRD спектрите на примерок 2# преформи и синтерувани примероци на 1720°C. Преформите содржат графит и β-SiC, додека синтеруваните примероци содржат Si, β-SiC и α-SiC, што укажува на некои β-SiC трансформирани во α-SiC на високи температури. Синтеруваните примероци, исто така, покажуваат зголемена содржина на Si и намалена C поради инфилтрација на силициум со висока температура, каде што Si реагира со C за да формира SiC, пополнувајќи ги порите.

Слика 5 ја прикажува морфологијата на фрактурата на различните примероци преформи. Сликите откриваат фин силициум карбид, графит и пори. Примероците 1#, 4# и 5# имаат поголеми фази на снегулки и понерамномерно распоредени пори поради нерамномерно мешање, што резултира со мала густина на преформите и висока порозност. Примерокот 2# со 5,94% (w) саѓи покажува оптимална микроструктура.

Слика 6 ја прикажува морфологијата на фрактурата на примерокот 2# по синтерување на 1720°C, прикажувајќи цврсто и рамномерно распоредени честички силициум карбид со минимална порозност. Растот на честичките силициум карбид се должи на ефектите на висока температура. Помалите новоформирани SiC честички се гледаат и помеѓу оригиналните SiC скелет честички од реакционото синтерување, при што дел од преостанатиот SiC ги исполнува оригиналните пори, намалувајќи ја концентрацијата на стресот, но потенцијално влијае на перформансите на висока температура поради неговата ниска точка на топење. Синтеруваниот производ има волуменска густина од 3,02 g·cm^-3 и јачина на свиткување од 580 MPa, над двапати поголема од обичнатасилициум карбид синтеруван со реакција.

Заклучоци

Оптималното време на мешање за кашеста маса што се користи за да се подготви целосно фино во правсилициум карбид керамикае 4 часа. Додавањето графит ја намалува вискозноста на кашеста маса, ја зголемува густината на волуменот на преформата и ја намалува очигледната порозност, зголемувајќи ја густината на целосно ситно правсилициум карбид керамика.

Оптималната содржина на саѓи за подготовка на целосно ситно прашкаста керамика од силициум карбид е 5,94% (w).

Синтерираните честички од силициум карбид се цврсто и рамномерно распоредени со минимална порозност, што покажува тренд на раст. Густината на синтеруваниот производ е 3,02 g·cm^-3, а јачината на свиткување е 580 MPa, што значително ја подобрува механичката цврстина и густината на целосно ситно правсилициум карбид керамика.**

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