A szilícium-karbid kerámiák 9 szinterezési technikájának áttekintése

Szilícium-karbid (SiC), egy kiemelkedő szerkezeti kerámia, amely kivételes tulajdonságairól híres, beleértve a magas hőmérsékletű szilárdságot, keménységet, rugalmassági modulust, kopásállóságot, hővezető képességet és korrózióállóságot. Ezek az attribútumok sokféle alkalmazásra alkalmassá teszik, a hagyományos ipari felhasználástól magas hőmérsékletű kemencebútorokban, égőfúvókákban, hőcserélőkben, tömítőgyűrűkben és csúszócsapágyakban, egészen a fejlett alkalmazásokig, mint a ballisztikus páncélok, űrtükrök, félvezető ostyatokmányok, és nukleáris üzemanyag burkolat.

A szinterezési folyamat döntő fontosságú a végső tulajdonságainak meghatározásábanSiC kerámia. A kiterjedt kutatások különféle szinterezési technikák kifejlesztéséhez vezettek, kezdve az olyan bevált módszerektől, mint a reakciószinterelés, nyomás nélküli szinterezés, átkristályosításos szinterezés és melegsajtolás, egészen az újabb innovációkig, mint a szikraplazma szinterezés, a gyorsszinterelés és az oszcillációs nyomású szinterezés.

Itt van egy közelebbi pillantás a kilenc kiemelkedőSiC kerámiaszinterezési technikák:

1. Meleg sajtolás:

Úttörője Alliegro et al. a Norton Companynál a melegsajtolás magában foglalja a hő és a nyomás egyidejű alkalmazását aSiC porkompakt egy kocka belsejében. Ez a módszer egyidejű tömörítést és formázást tesz lehetővé. Bár hatékony, a melegsajtoláshoz összetett berendezésekre, speciális szerszámokra és szigorú folyamatszabályozásra van szükség. Korlátai közé tartozik a magas energiafogyasztás, a korlátozott forma bonyolultsága és a magas gyártási költségek.

2. Reakciós szinterezés:

Először P. Popper javasolta az 1950-es években, a reakciószinterezés keveréssel járSiC porszénforrással. A csúszós öntéssel, száraz préseléssel vagy hideg izosztatikus préseléssel kialakított zöld test szilícium beszivárgási folyamaton megy keresztül. Vákuumban vagy inert atmoszférában 1500 °C fölé melegítve megolvad a szilícium, amely kapilláris hatáson keresztül beszivárog a porózus testbe. A folyékony vagy gáznemű szilícium reakcióba lép a szénnel, in situ β-SiC-t képezve, amely a meglévő SiC részecskékkel kötődik, és sűrű kerámiát eredményez.

A reakciókötésű SiC alacsony szinterezési hőmérséklettel, költséghatékonysággal és nagy sűrűséggel büszkélkedhet. Az elhanyagolható zsugorodás a szinterezés során különösen alkalmassá teszi nagy, összetett alakú alkatrészekhez. A tipikus alkalmazások közé tartoznak a magas hőmérsékletű kemencebútorok, a sugárzócsövek, a hőcserélők és a kéntelenítő fúvókák.

Az RBSiC hajó Semicorex folyamatútja

3. Nyomásmentes szinterezés:

Kidolgozta: S. Prochazka et al. a GE-nél 1974-ben a nyomás nélküli szinterezés szükségtelenné teszi a külső nyomást. A tömörítés 2000-2150°C-on, légköri nyomáson (1,01×105 Pa) inert atmoszférában, szinterező adalékok segítségével megy végbe. A nyomás nélküli szinterezés tovább kategorizálható szilárd fázisú és folyadékfázisú szinterezésre.

A szilárdtest nyomás nélküli szinterezéssel nagy sűrűséget (3,10-3,15 g/cm3) érünk el szemcseközi üvegfázisok nélkül, ami kivételes magas hőmérsékletű mechanikai tulajdonságokat eredményez, 1600°C-os használati hőmérséklet mellett. Azonban a túlzott szemcsenövekedés magas szinterezési hőmérsékleten negatívan befolyásolhatja a szilárdságot.

A folyadékfázisú nyomásmentes szinterezés kiszélesíti a SiC kerámiák alkalmazási körét. A folyadékfázis, amely egyetlen komponens megolvasztásával vagy több komponens eutektikus reakciójával jön létre, javítja a tömörítési kinetikát azáltal, hogy nagy diffúziós utat biztosít, ami alacsonyabb szinterezési hőmérséklethez vezet a szilárdtest szinterezéshez képest. A finom szemcseméret és a folyékony fázisú szinterezett SiC-ben megmaradt szemcseközi folyadékfázis elősegíti az átmenetet a transzgranuláris törésről az intergranuláris törésre, növelve a hajlítószilárdságot és a törési szívósságot.

A nyomás nélküli szinterezés egy kiforrott technológia, amelynek olyan előnyei vannak, mint a költséghatékonyság és a formai sokoldalúság. A szilárdtest szinterezett SiC különösen nagy sűrűséget, egyenletes mikroszerkezetet és kiváló általános teljesítményt kínál, így alkalmas kopás- és korrózióálló alkatrészekhez, például tömítőgyűrűkhöz és csúszócsapágyakhoz.

Nyomásmentes szinterezett szilícium-karbid páncél

4. Átkristályosítási szinterezés:

Az 1980-as években Kriegesmann bemutatta a nagy teljesítményű újrakristályosított anyagok gyártását.SiC kerámiacsúszós öntéssel, majd szintereléssel 2450 °C-on. Ezt a technikát az FCT (Németország) és a Norton (USA) gyorsan alkalmazta a nagyüzemi gyártáshoz.

Az átkristályosított szilícium-karbid különböző méretű szilícium-karbid részecskék becsomagolásával képződő zöld test szinterezésével jár. A finom részecskék, amelyek egyenletesen oszlanak el a durvább részecskék hézagai között, elpárolognak és kondenzálódnak a nagyobb részecskék érintkezési pontjain 2100 °C feletti hőmérsékleten, ellenőrzött atmoszférában. Ez a párolgási-kondenzációs mechanizmus új szemcsehatárokat hoz létre a szemcsenyakoknál, ami szemcsenövekedéshez, nyakkiképzéshez és maradék porozitású szinterezett testhez vezet.

Az átkristályosított SiC főbb jellemzői a következők:

Minimális zsugorodás: A szinterezés során a szemcsehatár vagy térfogatdiffúzió hiánya elhanyagolható zsugorodást eredményez.

Near-Net Formázás: A szinterezett sűrűség szinte azonos marad a zöld test sűrűségével.

Tiszta szemcsehatárok: Az átkristályosított SiC tiszta szemcsehatárokat mutat, üvegfázisoktól és szennyeződésektől mentes.

Maradék porozitás: A szinterezett test jellemzően 10-20%-os porozitást tart meg.

5. Meleg izosztatikus préselés (HIP):

A HIP inert gáznyomást (tipikusan argont) használ a tömörítés fokozására. Az üveg- vagy fémedénybe zárt szilícium-karbid-por kompakt kemencében izosztatikus nyomásnak van kitéve. Amint a hőmérséklet a szinterezési tartományra emelkedik, a kompresszor több megapascal kezdeti gáznyomást tart fenn. Ez a nyomás a melegítés során fokozatosan növekszik, eléri a 200 MPa-t, hatékonyan eltávolítva a belső pórusokat és nagy sűrűséget ér el.

6. Spark Plasma szinterezés (SPS):

Az SPS egy új porkohászati ​​technika sűrű anyagok, köztük fémek, kerámiák és kompozitok előállítására. Nagy energiájú elektromos impulzusokat alkalmaz, hogy impulzusos elektromos áramot hozzon létre, és plazmát gyújtson a porszemcsék között. Ez a lokalizált melegítés és plazmaképződés viszonylag alacsony hőmérsékleten és rövid ideig megy végbe, lehetővé téve a gyors szinterezést. Az eljárás hatékonyan távolítja el a felületi szennyeződéseket, aktiválja a részecskék felületét, és elősegíti a gyors tömörödést. Az SPS-t sikeresen alkalmazták sűrű SiC kerámiák előállítására Al2O3 és Y2O3 szinterelési segédanyagként.

7. Mikrohullámú szinterezés:

A hagyományos hevítéssel ellentétben a mikrohullámú szinterezés kihasználja az anyagok dielektromos veszteségét a mikrohullámú elektromágneses térben, hogy térfogati melegítést és szinterezést érjen el. Ez a módszer olyan előnyöket kínál, mint például az alacsonyabb szinterezési hőmérséklet, a gyorsabb hevítési sebesség és a jobb tömörítés. A mikrohullámú szinterezés során a fokozott tömegtranszport elősegíti a finomszemcsés mikrostruktúrákat is.

8. Flash szinterezés:

A flash szinterezés (FS) alacsony energiafogyasztása és ultragyors szinterezési kinetikájával hívta fel magára a figyelmet. A folyamat magában foglalja a feszültség alkalmazását a kemencében lévő zöld testre. A küszöbhőmérséklet elérésekor a hirtelen nemlineáris áramnövekedés gyors Joule-melegedést generál, ami másodperceken belül szinte azonnali sűrűsödéshez vezet.

9. Oszcillációs nyomású szinterezés (OPS):

A szinterezés során bevezetett dinamikus nyomás megzavarja a részecskék összekapcsolódását és agglomerációját, csökkenti a pórusméretet és az eloszlást. Ez rendkívül sűrű, finomszemcsés és homogén mikrostruktúrákat eredményez, amelyek nagy szilárdságú és megbízható kerámiákat eredményeznek. A Xie Zhipeng Tsinghua Egyetemen dolgozó csapata által kidolgozott OPS a hagyományos szinterezésnél az állandó statikus nyomást dinamikus oszcillációs nyomással helyettesíti.

Az OPS számos előnnyel jár:

Fokozott zöld sűrűség: A folyamatos oszcillációs nyomás elősegíti a részecskék átrendeződését, jelentősen növelve a porkompakt zöld sűrűségét.

Megnövelt szinterezési hajtóerő: Az OPS nagyobb hajtóerőt biztosít a tömörítéshez, fokozza a szemcseforgást, a csúszást és a képlékeny áramlást. Ez különösen előnyös a szinterezés későbbi szakaszaiban, ahol a szabályozott oszcillációs frekvencia és amplitúdó hatékonyan eltávolítja a szemcsehatárokon lévő maradék pórusokat.

Fénykép oszcillációs nyomású szinterező berendezésről

A gyakori technikák összehasonlítása:

Ezen technikák közül a reakciószinterezést, a nyomás nélküli szinterezést és az átkristályosításos szinterezést széles körben alkalmazzák az ipari SiC-gyártásban, amelyek mindegyike egyedi előnyökkel rendelkezik, amelyek eltérő mikrostruktúrákat, tulajdonságokat és alkalmazásokat eredményeznek.

Reakciókötésű SiC:Alacsony szinterezési hőmérsékletet, költséghatékonyságot, minimális zsugorodást és nagy tömörítést kínál, így alkalmas nagy, összetett alakú alkatrészekhez. A tipikus alkalmazások közé tartoznak a magas hőmérsékletű kemencebútorok, az égőfúvókák, a hőcserélők és az optikai reflektorok.

Nyomásmentes szinterezett SiC:Költséghatékonyságot, formai sokoldalúságot, nagy sűrűséget, egységes mikroszerkezetet és kiváló általános tulajdonságokat biztosít, így ideális olyan precíziós alkatrészekhez, mint a tömítések, csúszócsapágyak, ballisztikus páncélzat, optikai reflektorok és félvezető ostyatokmányok.

Átkristályosított SiC:Tiszta SiC fázisokkal, nagy tisztasággal, nagy porozitással, kiváló hővezető képességgel és hősokkállósággal rendelkezik, így alkalmas magas hőmérsékletű kemencebútorokhoz, hőcserélőkhöz és égőfúvókákhoz.**

Mi a Semicorexnél arra specializálódtunkSiC kerámia és egyébKerámia anyagokfélvezetőgyártásban alkalmazzák, ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, forduljon hozzánk bizalommal.

Elérhetőség: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com