Tanulmány a reakciószinterezett SiC kerámiákról és tulajdonságaikról

Miért fontos a szilícium-karbid?

A szilícium-karbid (SiC) a szilícium és a szénatomok közötti kovalens kötésekből származó vegyület, amely kiváló kopásállóságáról, hősokkállóságáról, korrózióállóságáról és magas hővezető képességéről ismert. Széles körben használják a repülőgépiparban, a mechanikai gyártásban, a petrolkémiai iparban, a fémkohászatban és az elektronikai iparban, különösen kopásálló alkatrészek és magas hőmérsékletű szerkezeti elemek előállítására.Reakciószinterezett szilícium-karbid kerámiaa szerkezeti kerámiák közül az elsők között, amelyek ipari léptékű gyártást értek el. Hagyományosreakciószinterezett szilícium-karbid kerámiákszilícium-karbid porból és kis mennyiségű szénporból készülnek magas hőmérsékletű szilícium infiltrációs reakciószinterezéssel, amely hosszú szinterezési időt, magas hőmérsékletet, magas energiafogyasztást és magas költségeket igényel. A reakció-szinterezett szilícium-karbid technológia növekvő alkalmazásával a hagyományos módszerek nem elegendőek a komplex alakú ipari igények kielégítésére.szilícium-karbid kerámia.

Mik a legutóbbi előrelépésekReakció-szinterezett szilícium-karbid?

A közelmúltbeli fejlesztések nagy sűrűségű, nagy hajlítószilárdságú termékek gyártásához vezettekszilícium-karbid kerámiananoméretű szilícium-karbid por használatával, jelentősen javítva az anyag mechanikai tulajdonságait. A nanoméretű szilícium-karbid por magas ára azonban, amelynek ára több tízezer dollár/tonna, hátráltatja a nagyszabású alkalmazást. Ebben a munkában széles körben elérhető faszenet használtunk szénforrásként és mikron méretű szilícium-karbidot adalékanyagként, csúszóöntési technológiát alkalmazva az előkészítéshez.reakciószinterezett szilícium-karbid kerámiazöld testek. Ez a megközelítés szükségtelenné teszi a szilícium-karbid por előszintetizálását, csökkenti a gyártási költségeket, és lehetővé teszi nagyméretű, összetett formájú vékony falú termékek gyártását, referenciaként szolgálva a teljesítmény és az alkalmazás javításához.reakciószinterezett szilícium-karbid kerámiák.

Milyen nyersanyagokat használtak fel?

A kísérletben felhasznált nyersanyagok a következők:

Szilícium-karbid 3,6 μm átlagos részecskemérettel (d50) és tisztaságával (w(SiC)) ≥ 98%

Korom átlagos részecskemérettel (d50) 0,5 μm és tisztasággal (w©) ≥ 99%

Grafit 10 μm medián részecskemérettel (d50) és tisztaságával (w©) ≥ 99%

Diszpergálószerek: polivinil-pirrolidon (PVP) K30 (K-érték 27-33) és K90 (K-érték 88-96)

Vízcsökkentő: CE-64 polikarboxilát

Kibocsátó ügynök: AO

Ionmentesített víz

Hogyan zajlott a kísérlet?

A kísérlet a következőképpen zajlott:

A nyersanyagokat az 1. táblázat szerint elektromos keverővel 4 órán át keverjük, hogy egyenletesen kevert zagyot kapjunk.

A zagy viszkozitását ≤ 1000 mPa·s értéken tartva, a kevert zagyot csúszós öntéshez előkészített gipszformákba öntöttük, és hagytuk a gipszformákon keresztül 2-3 percig kiszáradni, hogy zöld testeket képezzenek.

A zöld testeket 48 órára hűvös helyre tesszük, majd kivesszük a formákból, és vákuumszárító kemencében 80°C-on 4-6 órán át szárítjuk.

A zöld testek gyantamentesítését tokos kemencében 800 °C-on 2 órán keresztül végeztük, hogy megkapjuk az előformákat.

Az előformákat korom, szilíciumpor és bór-nitrid 1:100:2000 tömegarányú kevert porába ágyazták, majd kemencében 1720 °C-on 2 órán át szinterezték, hogy teljesen finom porított szilícium-karbid kerámiát kapjanak. .

Milyen módszereket alkalmaztak a teljesítményteszthez?

A teljesítményteszt a következőket tartalmazza:

A zagy viszkozitásának mérése különböző keverési időkben (1-5 óra) egy forgó viszkoziméterrel szobahőmérsékleten.

Az előformák térfogatsűrűségének mérése a GB/T 25995-2010 nemzeti szabvány szerint.

A szinterezett minták hajlítószilárdságának mérése 1720°C-on a GB/T 6569-2006 szerint, 3 mm × 4 mm × 36 mm mintamérettel, 30 mm fesztávval és 0,5 mm·min^-1 terhelési sebességgel. .

A szinterezett minták fázisösszetételének és mikroszerkezetének elemzése 1720°C-on XRD és SEM segítségével.

Hogyan befolyásolja a keverési idő a zagy viszkozitását, az előforma térfogatsűrűségét és a látszólagos porozitást?

Az 1. és 2. ábra a keverési idő és a szuszpenzió viszkozitása közötti összefüggést mutatja a 2# minta esetében, valamint a keverési idő és az előforma térfogatsűrűsége és látszólagos porozitása közötti összefüggést.

Az 1. ábra azt mutatja, hogy a keverési idő növekedésével a viszkozitás csökken, és 4 óra alatt eléri a minimum 721 mPa·s értéket, majd stabilizálódik.

A 2. ábra azt mutatja, hogy a 2#. minta maximális térfogatsűrűsége 1,47 g·cm^-3, és minimális látszólagos porozitása 32,4%. Az alacsonyabb viszkozitás jobb diszperziót eredményez, ami egyenletesebb szuszpenziót és jobb szuszpenziót eredményezszilícium-karbid kerámiateljesítmény. Az elégtelen keverési idő a szilícium-karbid finom por egyenetlen keveredéséhez vezet, míg a túlzott keverési idő több vizet párolog el, destabilizálja a rendszert. A teljesen finom porított szilícium-karbid kerámiák elkészítéséhez az optimális keverési idő 4 óra.

A 2. táblázat felsorolja az iszap viszkozitását, az előgyártmány térfogatsűrűségét és látszólagos porozitását a 2#. minta hozzáadott grafittal és a 6#. minta hozzáadott grafit nélkül. A grafit hozzáadása csökkenti az iszap viszkozitását, növeli az előforma térfogatsűrűségét, és a grafit kenőhatása miatt csökkenti a látszólagos porozitást, ami jobb diszperziót és nagyobb sűrűséget eredményez a teljesen finom porral.szilícium-karbid kerámia. Grafit nélkül a zagy nagyobb viszkozitású, gyengébb diszperzióval és stabilitással rendelkezik, ezért grafit hozzáadása szükséges.

A 3. ábra a különböző koromtartalmú minták előforma térfogatsűrűségét és látszólagos porozitását mutatja. A 2#. minta legnagyobb térfogatsűrűsége 1,47 g·cm^-3, a legalacsonyabb látszólagos porozitása pedig 32,4%. A túl alacsony porozitás azonban akadályozza a szilícium beszivárgását.

A 4. ábra a 2#. minta előformáinak és a szinterezett mintáknak az XRD spektrumát mutatja 1720 °C-on. Az előformák grafitot és β-SiC-t, míg a szinterezett minták Si-t, β-SiC-ot és α-SiC-ot tartalmaznak, ami arra utal, hogy bizonyos β-SiC magas hőmérsékleten α-SiC-dá alakul át. A szinterezett minták a magas hőmérsékletű szilícium beszivárgás miatt megnövekedett Si- és csökkent C-tartalmat is mutatnak, ahol a Si a C-vel reagálva SiC-t képez, kitöltve a pórusokat.

Az 5. ábra a különböző mintaelőformák törési morfológiáját mutatja be. A képeken finom szilícium-karbid, grafit és pórusok láthatók. Az 1#, 4# és 5# minták nagyobb pelyhes fázisokkal és egyenlőtlenebb eloszlású pórusokkal rendelkeznek az egyenetlen keveredés miatt, ami alacsony előforma sűrűséget és nagy porozitást eredményez. Az 5,94 tömeg% kormot tartalmazó 2#. minta optimális mikroszerkezetet mutat.

A 6. ábra a 2#. minta törési morfológiáját mutatja be 1720 °C-on végzett szinterezés után, szorosan és egyenletesen eloszló szilícium-karbid részecskéket jelenít meg minimális porozitással. A szilícium-karbid részecskék növekedése a magas hőmérsékleti hatásoknak köszönhető. Kisebb, újonnan képződött SiC részecskék is láthatók a reakciószinterezésből származó eredeti SiC vázrészecskék között, ahol némi maradék Si kitölti az eredeti pórusokat, csökkentve a feszültségkoncentrációt, de alacsony olvadáspontja miatt potenciálisan befolyásolja a magas hőmérsékletű teljesítményt. A szinterezett termék térfogatsűrűsége 3,02 g·cm^-3, hajlítószilárdsága 580 MPa, ami több mint kétszerese a szokásos szilárdságnakreakciószinterezett szilícium-karbid.

Következtetések

A hígtrágya optimális keverési ideje a teljesen finom por elkészítéséhezszilícium-karbid kerámia4 óra. A grafit hozzáadása csökkenti a zagy viszkozitását, növeli az előforma térfogatsűrűségét és csökkenti a látszólagos porozitást, növelve a teljesen finom por sűrűségétszilícium-karbid kerámia.

A teljesen finom porított szilícium-karbid kerámiák elkészítéséhez az optimális koromtartalom 5,94 (w).

A szinterezett szilícium-karbid részecskék szorosan és egyenletesen oszlanak el, minimális porozitás mellett, növekedési tendenciát mutatva. A szinterezett termék sűrűsége 3,02 g·cm^-3, a hajlítószilárdsága 580 MPa, ami jelentősen javítja a teljesen finompor mechanikai szilárdságát és sűrűségétszilícium-karbid kerámia.**

Mi a Semicorexnél arra specializálódtunkSiC kerámiaés más félvezetőgyártásban alkalmazott kerámia anyagok, ha kérdése van, vagy további részletekre van szüksége, forduljon hozzánk bizalommal.

Elérhetőség: +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com