Sei processi di sinterizzazione per ceramiche in carburo di silicio
Informazioni sulla sinterizzazione ceramica del carburo di silicio (SiC)
La ceramica in carburo di silicio, con elevata durezza, alto punto di fusione, alta resistenza all'usura e alla corrosione, nonché eccellente resistenza all'ossidazione, resistenza alle alte temperature, stabilità chimica, resistenza agli shock termici, conduttività termica e tenuta d'aria, ha un'ampia gamma di applicazioni.
Attualmente, i metodi di sinterizzazione delle ceramiche in carburo di silicio comprendono principalmente la sinterizzazione per pressatura a caldo, la sinterizzazione senza pressatura, la sinterizzazione per reazione, la sinterizzazione per ricristallizzazione, la sinterizzazione a microonde e la sinterizzazione al plasma di scarica.
Sinterizzazione con pressatura a caldo
La sinterizzazione con pressatura a caldo consiste nel collocare la polvere di carburo di silicio nello stampo e nell'applicare una pressione assiale di 20~50MPa contemporaneamente al riscaldamento, che contribuisce ad aumentare il contatto, la diffusione e il flusso tra le particelle e ad accelerare la riorganizzazione e la densificazione nel processo di sinterizzazione.
Il processo di sinterizzazione per pressatura a caldo è semplice, la densità del prodotto è elevata e può raggiungere più di 99% della densità teorica. Poiché la temperatura di sinterizzazione con pressatura a caldo è bassa, la crescita dei grani è inibita e i grani sinterizzati risultanti sono fini e resistenti. Tuttavia, l'attrezzatura per la sinterizzazione con pressatura a caldo è complessa, i requisiti del materiale dello stampo sono elevati, i requisiti del processo di produzione sono rigorosi, adatti solo alla preparazione di parti di forma semplice, e il consumo di energia è elevato, l'efficienza di produzione bassa, il costo di produzione elevato.
Sinterizzazione senza pressione
Il processo di sinterizzazione senza pressione del carburo di silicio può essere suddiviso in sinterizzazione in fase solida e sinterizzazione in fase liquida.
I principali svantaggi della sinterizzazione in fase solida sono i seguenti: è richiesta un'elevata temperatura di sinterizzazione (> 2000℃), è necessaria un'elevata purezza delle materie prime e il corpo sinterizzato ha una bassa tenacità alla frattura e una forte sensibilità alla resistenza alle cricche, che si manifesta con una grana grossolana e una scarsa uniformità della struttura, e la modalità di frattura è la tipica frattura transgranulare. Negli ultimi anni, la ricerca sulle ceramiche di carburo di silicio in patria e all'estero si è concentrata sulla sinterizzazione in fase liquida.
La realizzazione della sinterizzazione in fase liquida si basa su un certo numero di additivi multivariati per la sinterizzazione dell'ossido eutettico, come l'additivo binario e ternario Y2O3, in grado di far sì che il SiC e i suoi materiali compositi presentino la sinterizzazione in fase liquida, la densificazione a una temperatura inferiore per realizzare il materiale, Allo stesso tempo, grazie all'introduzione della fase liquida ai confini dei grani e all'indebolimento della forza di legame dell'interfaccia unica, il materiale ceramico si rompe nella modalità di frattura intergranulare, in modo da migliorare significativamente la tenacità alla frattura dei materiali ceramici.
Sinterizzazione a reazione
Il processo di preparazione del carburo di silicio mediante sinterizzazione per reazione consiste nel premiscelare una quantità appropriata di materiale contenente carbonio nella polvere di carburo di silicio e sintetizzare nuovo carburo di silicio utilizzando la reazione ad alta temperatura tra il carbonio e il silicio residuo nella polvere di carburo di silicio in modo da formare ceramiche di carburo di silicio con struttura compatta.
Il processo di sinterizzazione reattiva presenta i vantaggi della bassa temperatura di sinterizzazione, del breve tempo di sinterizzazione e della formazione di dimensioni quasi nette, ecc. È il metodo più efficace per preparare ceramiche di carburo di silicio di grandi dimensioni e forma complessa. Tuttavia, la sinterizzazione per reazione è soggetta ad alcuni problemi, come la densità non uniforme dei prodotti sinterizzati, la facile fessurazione dei prodotti sinterizzati e l'insufficiente penetrazione del silicio nel processo di sinterizzazione. Inoltre, questo processo di sinterizzazione ha requisiti elevati per quanto riguarda le materie prime, un elevato consumo energetico e costi di produzione elevati.
Sinterizzazione per ricristallizzazione
Ricristallizzazione materiale ceramico SiC è diversa dimensione di particelle SiC in una colonna di classificazione che dopo lo stampaggio per billetta, grano nella lastra di particelle fini può essere uniformemente distribuito tra il poro di particelle grossolane, e poi in alta temperatura di 2100 ℃ sopra e un po 'di flusso sotto la protezione dell'atmosfera, SiC particelle fini gradualmente dopo evaporazione condensazione di particelle grossolane punto di contatto precipitazione, fino a quando la particella fine completamente scomparire. Come risultato di questo meccanismo di evaporazione-condensazione, si formano nuovi confini dei grani sul collo delle particelle, con conseguente migrazione delle particelle fini e formazione di strutture a ponte tra le particelle grandi e i corpi sinterizzati con una certa porosità.
Questo materiale ceramico non si contrae nonostante l'evidente processo di crescita del collo. Risultati La densità del prodotto non cambia durante il processo di sinterizzazione, quindi la sua resistenza è relativamente bassa. Tuttavia, il suo vantaggio è che il materiale ceramico non necessita di alcun assistente di sinterizzazione durante il processo di sinterizzazione e il corpo sinterizzato è costituito da una singola fase cristallina di SiC, quindi il materiale ha eccellenti prestazioni antiossidazione. Inoltre, il processo di sinterizzazione può produrre prodotti di grandi dimensioni con dimensioni di alta precisione e senza deformazioni.
Sinterizzazione a microonde
Rispetto al processo di sinterizzazione tradizionale, la sinterizzazione a microonde sfrutta la perdita dielettrica del materiale nel campo elettromagnetico a microonde per riscaldare l'intero materiale alla temperatura di sinterizzazione e realizzare la sinterizzazione e la densificazione. Rispetto al metodo di sinterizzazione convenzionale, la sinterizzazione a microonde presenta molti vantaggi, come la bassa temperatura di sinterizzazione, la velocità di riscaldamento, la buona densità del materiale, ecc. Allo stesso tempo, la sinterizzazione a microonde accelera il processo di trasferimento di massa dei materiali, in modo da ottenere materiali a grana fine.
Sinterizzazione al plasma a scarica
La tecnologia di sinterizzazione al plasma a scarica è una nuova tecnologia di metallurgia delle polveri per la preparazione di materiali in blocchi. Utilizza scintille elettriche ad alta energia per completare il processo di sinterizzazione dei campioni a bassa temperatura e in tempi brevi. Può essere utilizzata per la preparazione di materiali metallici, ceramici e compositi. Nel processo di sinterizzazione, la scarica istantanea tra le particelle e il plasma ad alta temperatura possono rompere o rimuovere le impurità (come il film di ossidazione) e il gas adsorbito sulla superficie delle particelle di polvere, attivare la superficie delle particelle di polvere e migliorare la qualità e l'efficienza della sinterizzazione.
Grazie alla tecnologia di sinterizzazione al plasma di scarica, la polvere di SiC con acceleratori Al2O3 e Y2O3 è stata sinterizzata rapidamente e si è potuta ottenere una ceramica SiC densa.
Parti in ceramica strutturale in carburo di silicio
Grazie alle sue diverse proprietà eccellenti, i cuscinetti ad alta temperatura, le piastre antiproiettile, gli ugelli, le parti resistenti alla corrosione ad alta temperatura e le parti di apparecchiature elettroniche ad alta temperatura e ad alta frequenza in ceramica SiC sono ampiamente utilizzati nel settore petrolifero, chimico, microelettronico e in altri campi, nelle automobili, in settori industriali come l'aerospaziale, l'aviazione, la produzione di carta, il laser, l'industria mineraria e l'energia atomica.
