Sześć procesów spiekania ceramiki z węglika krzemu
O spiekaniu ceramicznym węglika krzemu (SiC)
Ceramika z węglika krzemu o wysokiej twardości, wysokiej temperaturze topnienia, wysokiej odporności na zużycie i odporności na korozję, a także doskonałej odporności na utlenianie, wytrzymałości na wysokie temperatury, stabilności chemicznej, odporności na szok termiczny, przewodności cieplnej i szczelności, ma szeroki zakres zastosowań.
Obecnie metody spiekania ceramiki z węglika krzemu obejmują głównie spiekanie z prasowaniem na gorąco, spiekanie bez prasowania, spiekanie reakcyjne, spiekanie rekrystalizacyjne, spiekanie mikrofalowe i spiekanie plazmowe.
Spiekanie metodą prasowania na gorąco
Spiekanie metodą prasowania na gorąco polega na umieszczeniu proszku węglika krzemu w formie i zastosowaniu ciśnienia osiowego 20 ~ 50 MPa w tym samym czasie ogrzewania, co jest pomocne w zwiększeniu kontaktu, dyfuzji i przepływu między cząstkami oraz przyspieszeniu przegrupowania i zagęszczania w procesie spiekania.
Proces spiekania na gorąco jest prosty, gęstość produktu jest wysoka, może osiągnąć ponad 99% gęstości teoretycznej. Ponieważ temperatura spiekania na gorąco jest niska, wzrost ziarna jest hamowany, a powstałe spiekane ziarno jest drobne i mocne. Jednak sprzęt do spiekania na gorąco jest złożony, wymagania dotyczące materiału formy są wysokie, wymagania dotyczące procesu produkcyjnego są surowe, nadają się tylko do przygotowania części o prostym kształcie, a zużycie energii jest duże, niska wydajność produkcji, wysokie koszty produkcji.
Spiekanie bezciśnieniowe
Bezciśnieniowy proces spiekania węglika krzemu można podzielić na spiekanie w fazie stałej i spiekanie w fazie ciekłej.
Główne wady spiekania w fazie stałej są następujące: wymagana jest wysoka temperatura spiekania (> 2000 ℃), wymagana jest wysoka czystość surowców, a spiekany korpus ma niską odporność na pękanie i dużą wrażliwość na pękanie, co objawia się gruboziarnistym ziarnem i słabą jednorodnością struktury, a tryb pękania jest typowym pęknięciem przezskórnym. W ostatnich latach badania nad ceramiką z węglika krzemu w kraju i za granicą koncentrują się na spiekaniu w fazie ciekłej.
Realizacja spiekania w fazie ciekłej opiera się na pewnej liczbie wielowariantowych eutektycznych dodatków do spiekania tlenków, takich jak dwuskładnikowy Y2O3, trójskładnikowy dodatek może sprawić, że SiC i jego materiały kompozytowe przedstawiają spiekanie w fazie ciekłej, zagęszczanie w niższej temperaturze w celu uzyskania materiału, Jednocześnie ze względu na wprowadzenie fazy ciekłej na granicach ziaren i unikalne osłabienie siły wiązania interfejsu, materiał ceramiczny może włamać się do trybu pękania międzykrystalicznego, dzięki czemu można znacznie poprawić odporność na pękanie materiałów ceramicznych.
Spiekanie reakcyjne
Proces wytwarzania węglika krzemu metodą spiekania reakcyjnego polega na wstępnym zmieszaniu odpowiedniej ilości materiału zawierającego węgiel w proszku węglika krzemu i syntezie nowego węglika krzemu przy użyciu reakcji wysokotemperaturowej między węglem a resztkowym krzemem w proszku węglika krzemu, tak aby utworzyć ceramikę z węglika krzemu o zwartej strukturze.
Proces spiekania reaktywnego ma zalety niskiej temperatury spiekania, krótkiego czasu spiekania i formowania w rozmiarze zbliżonym do netto itp. Jest to najskuteczniejsza metoda przygotowania ceramiki z węglika krzemu o dużych rozmiarach i złożonych kształtach. Spiekanie reakcyjne jest jednak podatne na pewne problemy, takie jak nierównomierna gęstość spiekanych produktów, łatwe pękanie spiekanych produktów i niewystarczająca penetracja krzemu w procesie spiekania. Co więcej, ten proces spiekania ma wysokie wymagania dotyczące surowców, wysokie zużycie energii i wysokie koszty produkcji.
Spiekanie rekrystalizacyjne
Rekrystalizacja materiału ceramicznego SiC ma inny rozmiar cząstek SiC w kolumnie sortowania niż po formowaniu na kęs, ziarno w płycie drobnych cząstek może być równomiernie rozmieszczone między porami gruboziarnistych cząstek, a następnie w wysokiej temperaturze 2100 ℃ powyżej i pewnym przepływie pod ochroną atmosfery, drobne cząstki SiC stopniowo po odparowaniu kondensacji gruboziarnistych cząstek wytrącanie punktu kontaktowego, aż drobna cząstka całkowicie zniknie. W wyniku tego mechanizmu kondensacji parowania na szyjce cząstek powstają nowe granice ziaren, co powoduje migrację drobnych cząstek i tworzenie struktur mostkowych między dużymi cząstkami a spiekanymi ciałami o pewnej porowatości.
Ten materiał ceramiczny nie kurczy się pomimo oczywistego procesu wzrostu szyjki. Wyniki Gęstość produktu nie zmienia się w procesie spiekania, więc jego wytrzymałość jest stosunkowo niska. Jednak jego zaletą jest to, że materiał ceramiczny nie potrzebuje żadnego asystenta spiekania podczas procesu spiekania, a spiekany korpus jest pojedynczą fazą krystaliczną SiC, dzięki czemu materiał ma doskonałe właściwości przeciwutleniające. W międzyczasie proces spiekania może wytwarzać duże produkty o wysokiej precyzji rozmiaru i bez deformacji.
Spiekanie mikrofalowe
W porównaniu z tradycyjnym procesem spiekania, spiekanie mikrofalowe wykorzystuje straty dielektryczne materiału w mikrofalowym polu elektromagnetycznym do podgrzania całego materiału do temperatury spiekania w celu spiekania i zagęszczania. W porównaniu z konwencjonalną metodą spiekania, spiekanie mikrofalowe ma wiele zalet, takich jak niska temperatura spiekania, duża prędkość nagrzewania, dobra gęstość materiału itp. Jednocześnie spiekanie mikrofalowe przyspiesza proces przenoszenia masy materiałów, co pozwala uzyskać materiały drobnoziarniste.
Wyładowcze spiekanie plazmowe
Technologia spiekania plazmowego to nowa technologia metalurgii proszków do przygotowywania materiałów blokowych. WYKORZYSTUJE iskrę elektryczną o wysokiej energii do zakończenia procesu spiekania próbki w niskiej temperaturze i w krótkim czasie. Może być stosowana do przygotowania materiałów metalowych, ceramicznych i kompozytowych. W procesie spiekania natychmiastowe wyładowanie między cząstkami a plazmą wysokotemperaturową może rozbić lub usunąć zanieczyszczenia (takie jak warstwa utleniająca) i zaadsorbowany gaz na powierzchni cząstek proszku, aktywować powierzchnię cząstek proszku oraz poprawić jakość i wydajność spiekania.
Za pomocą technologii spiekania plazmą wyładowczą proszek SiC z akceleratorami Al2O3 i Y2O3 został szybko spiekany i można było uzyskać gęstą ceramikę SiC.
Części ceramiki strukturalnej z węglika krzemu
Ze względu na różne doskonałe właściwości, łożyska wysokotemperaturowe, płyty kuloodporne, dysze, części odporne na korozję w wysokich temperaturach i części sprzętu elektronicznego w zakresie wysokich temperatur i wysokich częstotliwości wykonane z ceramiki SiC są szeroko stosowane w przemyśle naftowym, chemicznym, mikroelektronicznym i innych dziedzinach, samochodach, Jest szeroko stosowany w dziedzinach przemysłowych, takich jak lotnictwo, lotnictwo, papiernictwo, laser, górnictwo i energia atomowa.
