탄화규소(SiC) 세라믹 소결에 대하여

높은 경도, 높은 융점, 높은 내마모성 및 내식성뿐만 아니라 우수한 내산화성, 고온 강도, 화학적 안정성, 열충격 저항성, 열전도성 및 기밀성을 갖춘 실리콘 카바이드 세라믹은 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

현재 탄화규소 세라믹의 소결 방법은 주로 열간 프레스 소결, 비압착 소결, 반응 소결, 재결정화 소결, 마이크로파 소결 및 방전 플라즈마 소결을 포함합니다.

핫 프레스 소결

열간 프레스 소결은 탄화규소 분말을 금형에 넣고 가열과 동시에 20~50MPa의 축압을 가하는 것으로, 입자 간의 접촉, 확산 및 흐름을 증가시키고 소결 공정에서 재배열 및 치밀화를 가속화하는 데 도움이 됩니다.

열간 프레스 소결 공정이 간단하고 제품 밀도가 높으며 이론적 밀도의 99% 이상에 도달 할 수 있습니다. 열간 프레스 소결의 온도가 낮기 때문에 입자의 성장이 억제되고 그 결과 소결 된 입자가 미세하고 강합니다. 그러나 열간 프레스 소결 장비는 복잡하고 금형 재료 요구 사항이 높고 생산 공정 요구 사항이 엄격하며 간단한 형상 부품의 준비에만 적합하며 에너지 소비가 크고 생산 효율이 낮으며 생산 비용이 높습니다.

무압 소결

실리콘 카바이드의 비압 소결 공정은 고상 소결과 액상 소결로 나눌 수 있습니다.

고상 소결의 주요 단점은 다음과 같습니다 : 높은 소결 온도 (> 2000 ℃)가 필요하고, 고순도의 원료가 필요하며, 소결체는 낮은 파괴 인성과 강한 균열 강도 감도를 가지며, 이는 거친 입자 및 구조의 열악한 균일 성으로 나타나며, 파괴 모드는 전형적인 횡 입계 파괴입니다. 최근 국내외 실리콘 카바이드 세라믹 연구는 액상 소결에 중점을 두고 있습니다.

액상 소결의 실현은 Y2O3 이원, 삼원 첨가제와 같은 특정 수의 다변량 공융 산화물 소결 첨가제를 기반으로하며, SiC 및 그 복합 재료는 저온에서 액상 소결, 치밀화를 제공하여 재료를 실현할 수 있습니다, 동시에 입자 경계에 액상이 도입되고 독특한 계면 결합 강도 약화로 인해 세라믹 재료가 입계 파단 모드로 침입하는 세라믹 재료 방식으로 인해 세라믹 재료의 파단 인성이 크게 향상 될 수 있습니다.

반응 소결

반응 소결에 의한 탄화규소 제조 공정은 탄화규소 분말에 적정량의 탄소 함유 물질을 미리 혼합하고 탄화규소 분말 내 탄소와 잔류 실리콘의 고온 반응을 이용하여 새로운 탄화규소를 합성하여 조밀한 구조를 갖는 탄화규소 세라믹을 형성하는 것입니다.

반응성 소결 공정은 낮은 소결 온도, 짧은 소결 시간 및 거의 그물에 가까운 크기 형성 등의 장점이 있습니다. 크기가 크고 복잡한 형태의 실리콘 카바이드 세라믹을 제조하는 데 가장 효과적인 방법입니다. 그러나 반응 소결은 소결 제품의 밀도가 고르지 않고, 소결 제품의 균열이 쉽게 발생하며, 소결 공정에서 실리콘 침투가 충분하지 않은 등의 몇 가지 문제가 발생하기 쉽습니다. 또한 이 소결 공정은 원자재에 대한 요구 사항이 높고 에너지 소비가 많으며 생산 비용이 높습니다.

재결정 소결

재결정 SiC 세라믹 재료는 빌렛 성형 후보다 등급 열에서 SiC 입자의 크기가 다르며, 미세 입자 슬래브의 입자는 거친 입자 기공 사이에 고르게 분포 될 수 있으며, 2100 ℃ 이상의 고온에서 대기의 보호하에 일부 흐름, 거친 입자 접촉점 침전의 증발 응축 후 점차적으로 SiC 미세 입자가 미세 입자가 완전히 사라질 때까지 미세 입자. 이러한 증발-응축 메커니즘의 결과로 입자의 목에 새로운 입자 경계가 형성되어 미세 입자가 이동하고 큰 입자와 특정 다공성을 가진 소결체 사이에 교량 구조가 형성됩니다.

이 세라믹 소재는 명백한 목 성장 과정에도 불구하고 수축하지 않습니다. 결과 소결 과정에서 제품의 밀도가 변하지 않으므로 강도가 상대적으로 낮습니다. 그러나 세라믹 소재는 소결 과정에서 소결 보조제가 필요하지 않고 소결체가 단일 SiC 결정상이므로 항산화 성능이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 한편, 소결 공정은 고정밀 크기와 변형이 없는 대형 제품을 생산할 수 있습니다.

마이크로파 소결

전통적인 소결 공정과 비교하여 마이크로파 소결은 마이크로파 전자기장에서 재료의 유전체 손실을 이용하여 전체 재료를 소결 온도로 가열하여 소결 및 치밀화를 실현합니다. 기존의 소결 방식에 비해 마이크로파 소결은 낮은 소결 온도, 빠른 가열 속도, 우수한 재료 밀도 등 많은 장점이 있습니다. 동시에 마이크로파 소결은 재료의 질량 전달 과정을 가속화하여 미세 입자 재료를 얻습니다.

방전 플라즈마 소결

방전 플라즈마 소결 기술은 블록 재료의 제조를 위한 새로운 분말 야금 기술입니다. 고에너지 전기 스파크를 사용하여 저온에서 단시간에 샘플 소결 공정을 완료합니다. 금속 재료, 세라믹 재료 및 복합 재료의 준비에 사용할 수 있습니다. 소결 공정에서 입자와 고온 플라즈마 사이의 순간 방전은 분말 입자 표면의 불순물 (예 : 산화막)과 흡착 된 가스를 파괴하거나 제거하고 분말 입자 표면을 활성화하며 소결 품질과 효율을 향상시킬 수 있습니다.

방전 플라즈마 소결 기술을 통해 Al2O3 및 Y2O3 촉진제를 사용한 SiC 분말을 빠르게 소결하여 고밀도 SiC 세라믹을 얻을 수 있었습니다.

실리콘 카바이드 구조용 세라믹 부품

다양하고 우수한 특성으로 인해 SiC 세라믹으로 만든 고온 베어링, 방탄판, 노즐, 고온 내식성 부품 및 고온 및 고주파 범위의 전자 장비 부품은 석유, 화학, 마이크로 전자 및 기타 분야, 자동차, 항공, 항공, 제지, 레이저, 광업 및 원자력과 같은 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

실리콘 카바이드 세라믹에 대한 위키피디아의 소개를 확인하세요.