Seis processos de sinterização para cerâmicas de carboneto de silício
Sobre a sinterização de cerâmica de carboneto de silício (SiC)
A cerâmica de carboneto de silício com elevada dureza, elevado ponto de fusão, elevada resistência ao desgaste e à corrosão, bem como excelente resistência à oxidação, resistência a altas temperaturas, estabilidade química, resistência ao choque térmico, condutividade térmica e estanquidade ao ar, tem uma vasta gama de aplicações.
Atualmente, os métodos de sinterização das cerâmicas de carboneto de silício incluem principalmente a sinterização por prensagem a quente, a sinterização sem prensagem, a sinterização por reação, a sinterização por recristalização, a sinterização por micro-ondas e a sinterização por descarga de plasma.
Sinterização por prensagem a quente
A sinterização por pressão a quente consiste em colocar o pó de carboneto de silício no molde e aplicar uma pressão axial de 20~50MPa ao mesmo tempo que o aquecimento, o que ajuda a aumentar o contacto, a difusão e o fluxo entre as partículas e acelera a reorganização e a densificação no processo de sinterização.
O processo de sinterização por prensagem a quente é simples, a densidade do produto é elevada, podendo atingir mais de 99% da densidade teórica. Como a temperatura de sinterização por prensagem a quente é baixa, o crescimento do grão é inibido, e o grão sinterizado resultante é fino e forte. No entanto, o equipamento de sinterização por prensagem a quente é complexo, os requisitos do material do molde são elevados, os requisitos do processo de produção são rigorosos, apenas adequados para a preparação de peças de forma simples, e o consumo de energia é grande, baixa eficiência de produção, elevado custo de produção.
Sinterização sem pressão
O processo de sinterização sem pressão do carboneto de silício pode ser dividido em sinterização em fase sólida e sinterização em fase líquida.
As principais desvantagens da sinterização em fase sólida são as seguintes: alta temperatura de sinterização (> 2000 ℃) é necessária, alta pureza de matérias-primas é necessária e o corpo sinterizado tem baixa tenacidade à fratura e forte sensibilidade à resistência à trinca, que se manifesta como grão grosso e baixa uniformidade na estrutura, e o modo de fratura é típico fratura transgranular. Nos últimos anos, a investigação sobre cerâmica de carboneto de silício no país e no estrangeiro centra-se na sinterização em fase líquida.
A realização da sinterização em fase líquida baseia-se num certo número de aditivos de sinterização de óxidos eutécticos multivariados, como o Y2O3 binário, o aditivo ternário pode fazer com que o SiC e os seus materiais compósitos apresentem a sinterização em fase líquida, a densificação a uma temperatura mais baixa para realizar o material, ao mesmo tempo, devido à introdução da fase líquida nos limites do grão e ao enfraquecimento da força de ligação da interface única, o material cerâmico entra no modo de fratura intergranular, de modo que a resistência à fratura dos materiais cerâmicos pode ser significativamente melhorada.
Sinterização por reação
O processo de preparação de carboneto de silício por sinterização por reação consiste em pré-misturar uma quantidade adequada de material contendo carbono no pó de carboneto de silício e sintetizar novo carboneto de silício utilizando a reação a alta temperatura entre o carbono e o silício residual no pó de carboneto de silício, de modo a formar cerâmica de carboneto de silício com estrutura compacta.
O processo de sinterização reactiva tem como vantagens a baixa temperatura de sinterização, o curto tempo de sinterização e a formação de um tamanho líquido próximo, etc. É o método mais eficaz para preparar cerâmicas de carboneto de silício de grandes dimensões e formas complexas. No entanto, a sinterização por reação é propensa a alguns problemas, tais como a densidade desigual dos produtos sinterizados, a fácil fissuração dos produtos sinterizados e a penetração insuficiente de silício no processo de sinterização. Além disso, este processo de sinterização tem elevados requisitos em termos de matérias-primas, elevado consumo de energia e elevado custo de produção.
Recristalização sinterização
Recristalização O material cerâmico de SiC é de tamanho diferente das partículas de SiC em uma coluna de classificação do que após a moldagem para tarugo, o grão na laje de partículas finas pode ser distribuído uniformemente entre o poro de partículas grossas e, em seguida, na alta temperatura de 2100 ℃ acima e algum fluxo sob a proteção da atmosfera, partículas finas de SiC gradualmente após a evaporação da condensação da precipitação do ponto de contato de partículas grossas, até que a partícula fina desapareça completamente. Como resultado desse mecanismo de evaporação-condensação, novos limites de grãos são formados no pescoço das partículas, resultando na migração de partículas finas e na formação de estruturas de ponte entre partículas grandes e corpos sinterizados com uma certa porosidade.
Este material cerâmico não se contrai apesar do óbvio processo de crescimento do pescoço. Resultados A densidade do produto não se altera no processo de sinterização, pelo que a sua resistência é relativamente baixa. No entanto, a sua vantagem é que o material cerâmico não necessita de qualquer assistente de sinterização durante o processo de sinterização, e o corpo sinterizado é uma fase cristalina única de SiC, pelo que o material tem um excelente desempenho anti-oxidação. Entretanto, o processo de sinterização pode produzir produtos de grandes dimensões com elevada precisão de tamanho e sem deformação.
Sinterização por micro-ondas
Em comparação com o processo de sinterização tradicional, a sinterização por micro-ondas tira partido da perda dieléctrica do material no campo eletromagnético de micro-ondas para aquecer todo o material até à temperatura de sinterização e realizar a sinterização e a densificação. Em comparação com o método de sinterização convencional, a sinterização por micro-ondas tem muitas vantagens, como a baixa temperatura de sinterização, a velocidade de aquecimento rápida, a boa densidade do material, etc. Ao mesmo tempo, a sinterização por micro-ondas acelera o processo de transferência de massa dos materiais, de modo a obter materiais de grão fino.
Sinterização por plasma de descarga
A tecnologia de sinterização por plasma de descarga é uma nova tecnologia de metalurgia do pó para a preparação de materiais em bloco. Utiliza uma faísca eléctrica de alta energia para completar o processo de sinterização da amostra a baixa temperatura e num curto espaço de tempo. Pode ser utilizada para a preparação de materiais metálicos, materiais cerâmicos e materiais compósitos. No processo de sinterização, a descarga instantânea entre as partículas e o plasma de alta temperatura pode quebrar ou remover impurezas (como a película de oxidação) e gás adsorvido na superfície das partículas de pó, ativar a superfície das partículas de pó e melhorar a qualidade e eficiência da sinterização.
Por meio da tecnologia de sinterização por plasma de descarga, o pó de SiC com aceleradores Al2O3 e Y2O3 foi sinterizado rapidamente, e as cerâmicas densas de SiC puderam ser obtidas.
Peças cerâmicas estruturais de carboneto de silício
Devido às suas excelentes propriedades, as chumaceiras de alta temperatura, as placas à prova de bala, os bicos, as peças resistentes à corrosão a alta temperatura e as peças de equipamento eletrónico na gama de alta temperatura e alta frequência fabricadas em cerâmica SiC são amplamente utilizadas no petróleo, na química, na microeletrónica e noutros domínios, nos automóveis, na indústria aeroespacial, na aviação, no fabrico de papel, no laser, na indústria mineira e na energia atómica.
