Uuring reaktsiooniga paagutatud ränidioksiidi keraamika ja nende omaduste kohta

Miks on ränikarbiid oluline?

Ränikarbiid (SiC) on räni ja süsinikuaatomite vaheliste kovalentsete sidemetega moodustunud ühend, mis on tuntud oma suurepärase kulumiskindluse, soojuslöögikindluse, korrosioonikindluse ja kõrge soojusjuhtivuse poolest. Seda kasutatakse laialdaselt kosmosetööstuses, mehaanilises tootmises, naftakeemiatööstuses, metallisulatuses ja elektroonikatööstuses, eriti kulumiskindlate osade ja kõrge temperatuuriga konstruktsioonikomponentide valmistamiseks.Reaktsioonipaagutatud ränikarbiidist keraamikaon üks esimesi struktuurkeraamikaid, mis saavutasid tööstusliku tootmise. Traditsioonilinereaktsiooniga paagutatud ränikarbiidkeraamikaon valmistatud ränikarbiidi pulbrist ja väikesest kogusest süsinikupulbrist kõrge temperatuuriga räni infiltratsioonireaktsiooni paagutamise teel, mis nõuab pikki paagutamisaegu, kõrgeid temperatuure, suurt energiatarbimist ja suuri kulusid. Reaktsiooniga paagutatud ränikarbiidi tehnoloogia üha levinumate rakenduste tõttu ei piisa traditsioonilistest meetoditest, et rahuldada tööstuslikku nõudlust keeruka kujugaränikarbiidist keraamika.

Millised on hiljutised edusammudReaktsiooniga paagutatud ränikarbiid?

Hiljutised edusammud on viinud suure tihedusega ja suure paindetugevusega materjalide tootmiseniränikarbiidist keraamikakasutades nano-suuruses ränikarbiidi pulbrit, parandades oluliselt materjali mehaanilisi omadusi. Nano-suuruses ränikarbiidi pulbri kõrge hind, mille hind on üle kümnete tuhandete dollarite tonni kohta, takistab aga laiaulatuslikku kasutamist. Selles töös kasutasime süsinikuallikana laialdaselt kättesaadavat puusütt ja täitematerjalina mikronisuurust ränikarbiidi, kasutades valmistamisel libisemisvalu tehnoloogiat.reaktsiooniga paagutatud ränikarbiidkeraamikarohelised kehad. See lähenemine välistab vajaduse ränikarbiidi pulbri eelsünteesi järele, vähendab tootmiskulusid ja võimaldab valmistada suuri, keeruka kujuga õhukeseseinalisi tooteid, mis on võrdlusaluseks seadmete jõudluse ja rakenduse parandamiseks.reaktsiooniga paagutatud ränikarbiidkeraamika.

Milliseid tooraineid kasutati?

Katses kasutatud toorainete hulka kuuluvad:

Ränikarbiid, mille osakeste keskmine suurus (d50) on 3,6 μm ja puhtus (w(SiC)) ≥ 98%

Tahm, mille keskmine osakeste suurus (d50) on 0,5 μm ja puhtus (w©) ≥ 99%

Grafiit, mille osakeste keskmine suurus (d50) on 10 μm ja puhtus (w©) ≥ 99%

Dispergeerivad ained: polüvinüülpürrolidoon (PVP) K30 (K väärtus 27–33) ja K90 (K väärtus 88–96)

Vee reduktor: polükarboksülaat CE-64

Vabastusagent: AO

Deioniseeritud vesi

Kuidas katse viidi läbi?

Katse viidi läbi järgmiselt:

Toorainete segamine vastavalt tabelile 1 elektrimikseriga 4 tundi, et saada ühtlaselt segunenud suspensioon.

Hoides lobri viskoossust ≤ 1000 mPa·s, valati segatud suspensioon libisemisvalu jaoks ettevalmistatud kipsvormidesse, lasti 2-3 minutit läbi kipsvormide dehüdreeruda, et moodustada haljaskehi.

Rohelised kehad pandi 48 tunniks jahedasse kohta, seejärel eemaldati vormidest ja kuivatati vaakumkuivatusahjus 80 °C juures 4-6 tundi.

Toorikute saamiseks eemaldati roheliste kehade kummidest puhastamine muhvelahjus temperatuuril 800 °C 2 tundi.

Eelvormid sisestati tahma, ränipulbri ja boornitriidi segupulbrisse massisuhtes 1:100:2000 ja paagutati ahjus temperatuuril 1720 °C 2 tundi, et saada täielikult peene pulbristatud ränikarbiidist keraamika. .

Milliseid meetodeid jõudluskontrolliks kasutati?

Jõudluskatse hõlmas:

Lobri viskoossuse mõõtmine erinevatel segamisaegadel (1-5 tundi) toatemperatuuril pöörleva viskosimeetri abil.

Toorikute mahutiheduse mõõtmine riikliku standardi GB/T 25995-2010 järgi.

Paagutatud proovide paindetugevuse mõõtmine 1720 °C juures vastavalt standardile GB/T 6569-2006, näidiste mõõtmetega 3 mm × 4 mm × 36 mm, ulatusega 30 mm ja laadimiskiirusega 0,5 mm·min^-1 .

Paagutatud proovide faasi koostise ja mikrostruktuuri analüüsimine temperatuuril 1720 °C, kasutades XRD ja SEM.

Kuidas segamisaeg mõjutab lobri viskoossust, tooriku mahutihedust ja näilist poorsust?

Joonistel 1 ja 2 on vastavalt näidatud seos segamisaja ja lobri viskoossuse vahel proovi 2# puhul ning seos segamisaja ning tooriku mahutiheduse ja näiva poorsuse vahel.

Joonis 1 näitab, et segamisaja pikenedes viskoossus väheneb, saavutades 4 tunni pärast minimaalselt 721 mPa·s ja seejärel stabiliseerub.

Joonis 2 näitab, et proovi 2# maksimaalne mahutihedus on 1,47 g·cm^-3 ja minimaalne näiv poorsus 32,4%. Madalam viskoossus annab tulemuseks parema dispersiooni, mille tulemuseks on ühtlasem ja parem suspensioonränikarbiidi keraamikaesitus. Ebapiisav segamisaeg põhjustab ränikarbiidi peene pulbri ebaühtlast segunemist, samas kui liigne segamisaeg aurustab rohkem vett, destabiliseerides süsteemi. Täielikult peenpulbrilise ränikarbiidkeraamika valmistamise optimaalne segamisaeg on 4 tundi.

Tabelis 2 on loetletud läga viskoossus, tooriku mahutihedus ja näivpoorsus proovis 2#, millele on lisatud grafiiti, ja proovis 6# ilma grafiidita. Grafiidi lisamine alandab läga viskoossust, suurendab tooriku mahutihedust ja vähendab näivat poorsust tänu grafiidi määrdemõjule, mille tulemuseks on parem dispersioon ja täispeene pulbri tihedus.ränikarbiidist keraamika. Ilma grafiidita on suspensioonil suurem viskoossus, halvem dispersioon ja stabiilsus, mistõttu on vaja grafiidi lisamist.

Joonisel 3 on kujutatud erineva tahma sisaldusega proovide tooriku mahu tihedus ja näiv poorsus. Proovil 2# on suurim mahutihedus 1,47 g·cm^-3 ja madalaim näiv poorsus 32,4%. Liiga madal poorsus takistab aga räni infiltratsiooni.

Joonisel 4 on näidatud proovi 2# eelvormide ja paagutatud proovide XRD spektrid temperatuuril 1720 °C. Eelvormid sisaldavad grafiiti ja β-SiC, samas kui paagutatud proovid sisaldavad Si, β-SiC ja α-SiC, mis näitab, et osa β-SiC on kõrgetel temperatuuridel muundunud α-SiC-ks. Paagutatud proovides on kõrgel temperatuuril räni infiltratsiooni tõttu ka suurenenud Si ja vähenenud C sisaldus, kus Si reageerib C-ga, moodustades SiC, täites poorid.

Joonisel 5 on näidatud erinevate proovitoorikute murdumismorfoloogia. Piltidel on näha peent ränikarbiidi, grafiiti ja poore. Proovidel 1#, 4# ja 5# on suuremad helveste faasid ja ebaühtlase segamise tõttu ebaühtlaselt jaotunud poorid, mille tulemuseks on tooriku madal tihedus ja kõrge poorsus. Proov 2# 5,94 massiprotsenti tahmaga näitab optimaalset mikrostruktuuri.

Joonisel fig 6 on näidatud proovi 2# murdumismorfoloogia pärast paagutamist 1720 °C juures, mis näitab tihedalt ja ühtlaselt jaotunud ränikarbiidi osakesi minimaalse poorsusega. Ränikarbiidi osakeste kasv on tingitud kõrge temperatuuri mõjust. Väiksemaid äsja moodustunud SiC osakesi on näha ka reaktsiooniga paagutamise algsete SiC-skeleti osakeste vahel, kusjuures osa Si-jääkidest täidab algsed poorid, vähendades pingekontsentratsiooni, kuid oma madala sulamistemperatuuri tõttu võib see mõjutada kõrge temperatuuri jõudlust. Paagutatud toote mahutihedus on 3,02 g·cm^-3 ja paindetugevus 580 MPa, mis on tavalisest kaks korda suuremreaktsiooniga paagutatud ränikarbiid.

Järeldused

Täielikult peeneks pulbristatud läga valmistamiseks kasutatav optimaalne segamisaegränikarbiidist keraamikaon 4 tundi. Grafiidi lisamine vähendab lobri viskoossust, suurendab tooriku mahutihedust ja vähendab nähtavat poorsust, suurendades täielikult peene pulbri tihedust.ränikarbiidist keraamika.

Optimaalne tahma sisaldus täielikult peenpulbrilise ränikarbiidkeraamika valmistamiseks on 5,94% (w).

Paagutatud ränikarbiidi osakesed on tihedalt ja ühtlaselt jaotunud minimaalse poorsusega, mis näitab kasvutendentsi. Paagutatud toote tihedus on 3,02 g·cm^-3 ja paindetugevus 580 MPa, mis parandab oluliselt täielikult peenpulbri mehaanilist tugevust ja tihedust.ränikarbiidist keraamika.**

Meie, Semicorex, oleme spetsialiseerunudSiC keraamikaja muud pooljuhtide tootmises kasutatavad keraamilised materjalid, kui teil on küsimusi või vajate täiendavaid üksikasju, võtke meiega ühendust.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com