SiC keraamika valmistamise protsess

Ränikarbiidist keraamikaon struktuurkeraamikas kõige laialdasemalt kasutatavad materjalid. Tänu suhteliselt väikesele soojuspaisumisele, suurele eritugevusele, kõrgele soojusjuhtivusele ja kõvadusele, kulumis- ja korrosioonikindlusele ning mis kõige tähtsam, nende võimele säilitada head jõudlust isegi temperatuuridel kuni 1650°C, kasutatakse ränikarbiidkeraamikat laialdaselt erinevates valdkondades.

Ränikarbiidkeraamika levinumate paagutamismeetodite hulka kuuluvad: rõhuvaba paagutamine, reaktsioonipaagutamine ja ümberkristallimisega paagutamine.

1. Reaktsioonipaagutatud SiC (RBSiC)

Reaktsioonipaagutamine hõlmab süsinikuallika segamist ränikarbiidi pulbriga, kompaktse massi moodustamist ja seejärel vedelal ränil laskmist kõrgel temperatuuril imbuda tihendisse ja reageerida süsinikuga, moodustades β-SiC, saavutades tihenemise. Sellel on nullilähedane kokkutõmbumine, mistõttu sobib see suurte ja keerukate osade jaoks. Sellel on ka madal paagutamistemperatuur ja madal hind, kuid vaba räni võib vähendada jõudlust kõrgel temperatuuril.

Reaktsioonipaagutatud SiC on väga atraktiivne struktuurkeraamika, millel on suurepärased mehaanilised omadused, nagu kõrge tugevus, korrosioonikindlus ja oksüdatsioonikindlus. Lisaks on sellel madal paagutamistemperatuur, madalad paagutamiskulud ja peaaegu võrgukujuline moodustumine.

Reaktsioonipaagutamise protsess on lihtne. See hõlmab süsinikuallika ja ränidioksiidi pulbri segamist rohelise keha valmistamiseks, seejärel kõrge temperatuuriga kapillaarjõu toimel sula räni imbumist poorsesse rohelisse kehasse. See sularäni reageerib rohelise keha sees oleva süsinikuallikaga, moodustades β-SiC faasi, mis samaaegselt seostub tihedalt algse α-SiC-ga. Ülejäänud poorid täidetakse sularäniga, saavutades nii keraamilise materjali tihenemise. Paagutamise ajal vähendatakse suurust, saavutades peaaegu võrgukujulise moodustumise, mis võimaldab vajadusel valmistada keerulisi kujundeid. Seetõttu kasutatakse seda laialdaselt erinevate keraamiliste toodete tööstuslikus tootmises.

Kasutusaladel on kõrge temperatuuriga ahjumööbli materjalid, kiirgustorud, soojusvahetid ja väävlitustamise düüsid tüüpilised reaktsiooniga paagutatud ränikarbiidkeraamika rakendused. Lisaks on ränikarbiidi madala soojuspaisumisteguri, kõrge elastsusmooduli ja peaaegu võrgukujuliste omaduste tõttu reaktsiooniga paagutatud ränikarbiid ideaalne materjal ruumipeeglite jaoks. Lisaks sellele asendab vahvli suuruse ja kuumtöötlustemperatuuri suurenemisega reaktsiooniga paagutatud ränikarbiid järk-järgult kvartsklaasi. Kõrge puhtusastmega ränikarbiidi (SiC) komponente, mis sisaldavad osalist ränifaasi, saab toota kõrge puhtusastmega ränikarbiidi pulbri ja kõrge puhtusastmega räni abil. Neid komponente kasutatakse laialdaselt elektrontorude ja pooljuhtplaatide tootmisseadmete tugiseadmetes.

2. Surveta paagutatud SiC (SSiC)

Survevaba paagutamine jaguneb tahkefaasiliseks ja vedelfaasiliseks paagutamiseks: tahkefaasilise paagutamise teel B/C lisandite lisamisega saavutatakse kõrgetel temperatuuridel tahkefaasiline difusiooni tihenemine, mille tulemuseks on hea jõudlus kõrgel temperatuuril, kuid tera jämestumine. Vedelfaasilisel paagutamisel kasutatakse vedelfaasi moodustamiseks lisandeid, nagu Al2O3-Y2O3, mis alandab temperatuuri, mille tulemuseks on peenemad terad ja suurem sitkus. See tehnoloogia on odav, võimaldab erinevaid kujundeid ja sobib täpsete konstruktsioonikomponentide jaoks, nagu tihendusrõngad, laagrid ja kuulikindlad soomused.

Rõhuvaba paagutamist peetakse ränikarbiidi kõige lootustandvamaks paagutamismeetodiks. See meetod on kohandatav erinevatele vormimisprotsessidele, omab madalamaid tootmiskulusid, ei ole piiratud kuju ega suurusega ning on masstootmise kõige levinum ja lihtsaim paagutamismeetod.

Rõhuvaba paagutamine hõlmab boori ja süsiniku lisamist β-SiC-le, mis sisaldab jälgi hapnikku, ja paagutamist umbes 2000 ℃ juures inertses atmosfääris, et saada ränikarbiidist paagutatud keha, mille teoreetiline tihedus on 98%. Sellel meetodil on üldiselt kaks lähenemisviisi: tahkispaagutamine ja vedelas olekus paagutamine. Surveta tahkispaagutatud ränikarbiidil on kõrge tihedus ja puhtus ning eelkõige unikaalne kõrge soojusjuhtivus ja suurepärane tugevus kõrgel temperatuuril, mistõttu on seda lihtne töödelda suurteks ja keeruka kujuga keraamilisteks seadmeteks.

Surveta paagutatud ränikarbiidist tooted: a) keraamilised tihendid; b) keraamilised laagrid; c) kuulikindlad plaadid

Rakenduste poolest on ränikarbiidi rõhuvaba paagutamine lihtsalt kasutatav, mõõdukalt kuluefektiivne ja sobib erineva kujuga keraamiliste osade masstootmiseks. Seda kasutatakse laialdaselt kulumis- ja korrosioonikindlates tihendusrõngastes, liuglaagrites jne. Lisaks kasutatakse survevaba paagutatud ränikarbiidist keraamikat laialdaselt kuulikindlates raudrüüdes, näiteks sõidukite ja laevade kaitseks, aga ka tsiviilseifides ja soomustatud veoautodes, kuna need on kõvad, madalad erikaalu, purunemise, hea ballistilise energia ja pärast energiat. Kuulikindla soomusmaterjalina on sellel suurepärane vastupidavus mitmetele löökidele ja selle üldine kaitseefekt on parem kui tavalisel ränikarbiidkeraamikal. Kerge silindrilise keraamilise kaitserüü kasutamisel võib selle murdepunkt ulatuda üle 65 tonni, mis näitab oluliselt paremat kaitsevõimet kui silindriline keraamiline kaitserüü, kasutades tavalist ränikarbiidkeraamikat.

3. Ümberkristallitud paagutatud ränikarbiidi keraamika (R-SiC)

Ümberkristallimispaagutamine hõlmab sorteeritud jämedaid ja peeneid SiC osakesi ning kõrgtemperatuurilist töötlemist. Peenosakesed aurustuvad ja kondenseeruvad jämedate osakeste kaelas, moodustades sillastruktuuri ilma terapiiride lisanditeta. Toote poorsus on 10-20%, hea soojusjuhtivus ja soojuslöögikindlus, kuid madal tugevus. Sellel puudub mahukahanemine ja see sobib poorse ahjumööbli jms jaoks.

Ümberkristallimise paagutamise tehnoloogia on äratanud laialdast tähelepanu, kuna see ei nõua paagutamise abivahendite lisamist. Ümberkristallimine paagutamine on kõige levinum meetod ülikõrge puhtusastmega suuremahuliste SiC keraamiliste seadmete valmistamiseks. Rekristalliseeritud paagutatud SiC keraamika (R-SiC) valmistamisprotsess on järgmine: erineva osakeste suurusega jämedad ja peened SiC pulbrid segatakse teatud vahekorras ja valmistatakse sellisteks protsessideks nagu libisemine, vormimine ja ekstrusioon. Seejärel põletatakse rohelised toorikud inertses atmosfääris kõrgel temperatuuril 2200–2450 ℃. Lõpuks aurustuvad peenosakesed järk-järgult gaasifaasi ja kondenseeruvad kontaktpunktides jämedate osakestega, moodustades R-SiC keraamika.

R-SiC moodustub kõrgel temperatuuril ja selle kõvadus on teemandile teine. See säilitab paljusid SiC suurepäraseid omadusi, nagu kõrge tugevus kõrgel temperatuuril, tugev korrosioonikindlus, suurepärane oksüdatsioonikindlus ja hea soojuslöögikindlus. Seetõttu on see ideaalne materjal kõrge temperatuuriga ahjumööbli, soojusvahetite või põlemisdüüside jaoks. Lennunduses ja militaarvaldkonnas kasutatakse ümberkristalliseeritud ränikarbiidi kosmosesõidukite konstruktsioonikomponentide, näiteks mootorite, sabauimede ja kere tootmiseks. Tänu oma suurepärastele mehaanilistele omadustele, korrosioonikindlusele ja löögikindlusele võib see oluliselt parandada kosmosesõidukite jõudlust ja kasutusiga.

Semicorex pakub kohandatudSiC tooted. Kui teil on küsimusi või vajate lisateavet, võtke meiega ühendust.
Kontakttelefon # +86-13567891907
E-post: sales@semicorex.com