Bereidingsproces van SiC-keramiek

Siliciumcarbide keramiekbehoren tot de meest gebruikte materialen in structurele keramiek. Vanwege hun relatief lage thermische uitzetting, hoge specifieke sterkte, hoge thermische geleidbaarheid en hardheid, slijtvastheid en corrosieweerstand, en vooral hun vermogen om goede prestaties te behouden, zelfs bij temperaturen zo hoog als 1650 ° C, wordt siliciumcarbidekeramiek veel gebruikt in verschillende gebieden.

Gebruikelijke sintermethoden voor siliciumcarbide-keramiek zijn onder meer: ​​drukloos sinteren, reactiesinteren en herkristallisatiesinteren.

1. Reactie-gesinterd SiC (RBSiC)

Reactiesinteren omvat het mengen van een koolstofbron met siliciumcarbidepoeder, het vormen van een compact en het vervolgens laten infiltreren van vloeibaar silicium in het compact bij hoge temperatuur en reageren met de koolstof om β-SiC te vormen, waardoor verdichting wordt bereikt. Het vertoont vrijwel geen krimp, waardoor het geschikt is voor grote en complexe onderdelen. Het beschikt ook over een lage sintertemperatuur en lage kosten, maar vrij silicium kan de prestaties bij hoge temperaturen verminderen.

Reactie-gesinterd SiC is een zeer aantrekkelijk structureel keramiek met uitstekende mechanische eigenschappen zoals hoge sterkte, corrosieweerstand en oxidatieweerstand. Bovendien beschikt het over een lage sintertemperatuur, lage sinterkosten en bijna-netvormvorming.

Het reactie-sinterproces is eenvoudig. Het omvat het mengen van een koolstofbron en SiC-poeder om een ​​groen lichaam te bereiden en vervolgens, onder capillaire kracht van hoge temperatuur, gesmolten silicium in het poreuze groene lichaam te infiltreren. Dit gesmolten silicium reageert met de koolstofbron in het groene lichaam en vormt een β-SiC-fase, die tegelijkertijd stevig bindt met het oorspronkelijke α-SiC. De overige poriën zijn gevuld met gesmolten silicium, waardoor verdichting van het keramische materiaal wordt bereikt. Tijdens het sinteren wordt de afmeting verkleind, waardoor vorming van een bijna-netvorm wordt bereikt, waardoor indien nodig complexe vormen kunnen worden vervaardigd. Daarom wordt het veel gebruikt bij de industriële productie van verschillende keramische producten.

In termen van toepassingen zijn ovenmeubelmaterialen voor hoge temperaturen, stralingsbuizen, warmtewisselaars en ontzwavelingsmondstukken typische toepassingen van reactiegesinterd siliciumcarbide-keramiek. Bovendien is reactie-gesinterd siliciumcarbide, vanwege de lage thermische uitzettingscoëfficiënt van siliciumcarbide, de hoge elasticiteitsmodulus en de bijna-net-vormvormende eigenschappen, ook een ideaal materiaal voor ruimtespiegels. Bovendien vervangt reactiegesinterd siliciumcarbide, met de toename van de wafelgrootte en de warmtebehandelingstemperatuur, geleidelijk kwartsglas. Hoogzuivere siliciumcarbide (SiC) componenten die een gedeeltelijke siliciumfase bevatten, kunnen worden geproduceerd met behulp van hoogzuiver siliciumcarbidepoeder en hoogzuiver silicium. Deze componenten worden veel gebruikt in ondersteuningsarmaturen voor apparatuur voor de productie van elektronenbuizen en halfgeleiderwafels.

2. Drukloos gesinterd SiC (SSiC)

Drukloos sinteren is onderverdeeld in sinteren in de vaste fase en in de vloeibare fase: Sinteren in de vaste fase, met de toevoeging van B/C-additieven, zorgt voor diffusieverdichting in de vaste fase bij hoge temperaturen, wat resulteert in goede prestaties bij hoge temperaturen maar korrelvergroving. Bij sinteren in de vloeibare fase worden additieven zoals Al2O3-Y2O3 gebruikt om een ​​vloeibare fase te vormen, waardoor de temperatuur wordt verlaagd, wat resulteert in fijnere korrels en een hogere taaiheid. Deze technologie is goedkoop, maakt verschillende vormen mogelijk en is geschikt voor precieze structurele componenten zoals afdichtringen, lagers en kogelvrij pantser.

Drukloos sinteren wordt beschouwd als de meest veelbelovende sintermethode voor SiC. Deze methode is aanpasbaar aan verschillende vormprocessen, heeft lagere productiekosten, is niet beperkt door vorm of grootte, en is de meest gebruikelijke en gemakkelijkste sintermethode voor massaproductie.

Drukloos sinteren omvat het toevoegen van boor en koolstof aan β-SiC dat sporen van zuurstof bevat en het sinteren bij ongeveer 2000 ℃ in een inerte atmosfeer om een ​​gesinterd siliciumcarbidelichaam te verkrijgen met een theoretische dichtheid van 98%. Deze methode kent doorgaans twee benaderingen: sinteren in vaste toestand en sinteren in vloeibare toestand. Drukloos gesinterd siliciumcarbide in vaste toestand vertoont een hoge dichtheid en zuiverheid, en bezit in het bijzonder een unieke hoge thermische geleidbaarheid en een uitstekende sterkte bij hoge temperaturen, waardoor het gemakkelijk kan worden verwerkt tot grote en complex gevormde keramische apparaten.

Drukloos gesinterde siliciumcarbideproducten: a) keramische afdichtingen; b) keramische lagers; c) kogelvrije platen

In termen van toepassingen is het drukloos sinteren van SiC eenvoudig te bedienen, redelijk kosteneffectief en geschikt voor de massaproductie van keramische onderdelen met verschillende vormen. Het wordt veel gebruikt in slijtvaste en corrosiebestendige afdichtingsringen, glijlagers, enz. Bovendien wordt drukloos gesinterd siliciumcarbide-keramiek veel gebruikt in kogelvrij pantser, zoals voor de bescherming van voertuigen en schepen, maar ook in civiele kluizen en gepantserde vrachtwagens, vanwege hun hoge hardheid, laag soortelijk gewicht, goede ballistische prestaties, het vermogen om meer energie te absorberen na breuk en lage kosten. Als kogelvrij pantsermateriaal vertoont het een uitstekende weerstand tegen meerdere schokken, en het algehele beschermende effect is superieur aan dat van gewone siliciumcarbide-keramiek. Bij gebruik in lichtgewicht cilindrische keramische beschermpantsers kan het breukpunt meer dan 65 ton bereiken, wat aanzienlijk betere beschermende prestaties aantoont dan cilindrische keramische beschermpantsers die gebruik maken van gewone siliciumcarbide-keramiek.

3. Herkristalliseerd gesinterd SiC-keramiek (R-SiC)

Herkristallisatie-sinteren omvat gegradueerde grove en fijne SiC-deeltjes en behandeling bij hoge temperatuur. De fijne deeltjes verdampen en condenseren bij de hals van de grove deeltjes, waardoor een brugstructuur ontstaat zonder onzuiverheden op de korrelgrens. Het product heeft een porositeit van 10-20%, goede thermische geleidbaarheid en thermische schokbestendigheid, maar lage sterkte. Het krimpt niet in volume en is geschikt voor poreuze ovenmeubels enz.

Herkristallisatie-sintertechnologie heeft wijdverbreide aandacht getrokken omdat hiervoor geen toevoeging van sinterhulpmiddelen vereist is. Herkristallisatiesinteren is de meest gebruikelijke methode voor het bereiden van ultrazuivere, grootschalige SiC-keramische apparaten. Het bereidingsproces van herkristalliseerd gesinterd SiC-keramiek (R-SiC) is als volgt: grove en fijne SiC-poeders met verschillende deeltjesgroottes worden in een bepaalde verhouding gemengd en tot groene plano's bereid door middel van processen zoals slipgieten, gieten en extrusie. Vervolgens worden de groene plano's gebakken bij een hoge temperatuur van 2200 ~ 2450 ℃ onder een inerte atmosfeer. Ten slotte verdampen de fijne deeltjes geleidelijk in een gasfase en condenseren ze op de contactpunten met de grove deeltjes, waardoor R-SiC-keramiek ontstaat.

R-SiC vormt zich bij hoge temperaturen en heeft een hardheid die alleen onder diamant valt. Het behoudt veel van de uitstekende eigenschappen van SiC, zoals hoge sterkte bij hoge temperaturen, sterke corrosieweerstand, uitstekende oxidatieweerstand en goede thermische schokbestendigheid. Daarom is het een ideaal kandidaatmateriaal voor ovenmeubilair, warmtewisselaars of verbrandingsmondstukken voor hoge temperaturen. In de lucht- en ruimtevaart- en militaire sector wordt geherkristalliseerd siliciumcarbide gebruikt om structurele componenten van ruimtevaartvoertuigen te vervaardigen, zoals motoren, staartvinnen en rompen. Vanwege zijn superieure mechanische eigenschappen, corrosieweerstand en slagvastheid kan het de prestaties en levensduur van ruimtevaartvoertuigen aanzienlijk verbeteren.

Semicorex biedt maatwerkSiC-producten. Als u vragen heeft of aanvullende informatie nodig heeft, aarzel dan niet om contact met ons op te nemen.
Neem contact op met telefoonnummer +86-13567891907
E-mail: sales@semicorex.com