О керамическом спекании карбида кремния (SiC)

Керамика из карбида кремния, обладающая высокой твердостью, высокой температурой плавления, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также отличной устойчивостью к окислению, высокой температурной прочностью, химической стабильностью, стойкостью к тепловому удару, теплопроводностью и герметичностью, имеет широкий спектр применения.

В настоящее время методы спекания керамики из карбида кремния в основном включают спекание горячим прессованием, спекание без прессования, реакционное спекание, рекристаллизационное спекание, микроволновое спекание и спекание в разрядной плазме.

Горячее прессование спекание

Спекание горячим прессованием заключается в помещении порошка карбида кремния в пресс-форму и приложении осевого давления 20~50 МПа при одновременном нагревании, что способствует увеличению контакта, диффузии и потока между частицами и ускорению перестройки и уплотнения в процессе спекания.

Процесс спекания горячим прессованием прост, плотность продукта высока, может достигать более 99% от теоретической плотности. Поскольку температура горячего прессования низкая, рост зерна сдерживается, а полученное спеченное зерно является мелким и прочным. Однако оборудование для спекания горячим прессованием сложное, требования к материалу пресс-формы высокие, требования к производственному процессу строгие, подходит только для подготовки деталей простой формы, потребление энергии большое, низкая эффективность производства, высокая себестоимость.

Спекание без давления

Процесс спекания карбида кремния без давления можно разделить на спекание в твердой фазе и спекание в жидкой фазе.

Основными недостатками твердофазного спекания являются следующие: требуется высокая температура спекания (> 2000℃), высокая чистота сырья, спеченное тело имеет низкую вязкость разрушения и сильную чувствительность к трещинам, что проявляется в виде крупного зерна и плохой однородности структуры, а режим разрушения является типичным трансгранулярным разрушением. В последние годы исследования керамики из карбида кремния в стране и за рубежом сосредоточены на жидкофазном спекании.

Реализация жидкой фазы спекания основана на определенном количестве многомерных эвтектических оксидных спекающих добавок, таких как Y2O3 бинарные, тернарные добавки могут сделать SiC и его композиционные материалы представляют жидкую фазу спекания, уплотнение при более низкой температуре для реализации материала, В то же время из-за введения жидкой фазы на границах зерен и уникальный интерфейс прочность связи ослабление, керамический материал способ взлома в межзерновой режим разрушения, так что вязкость разрушения керамических материалов может быть значительно улучшена.

Реакционное спекание

Процесс приготовления карбида кремния методом реакционного спекания заключается в предварительном смешивании соответствующего количества углеродсодержащего материала в порошке карбида кремния и синтезе нового карбида кремния с помощью высокотемпературной реакции между углеродом и остаточным кремнием в порошке карбида кремния с образованием керамики из карбида кремния с компактной структурой.

Реактивный процесс спекания обладает такими преимуществами, как низкая температура спекания, короткое время спекания, близкое к чистому формирование размеров и т.д. Это наиболее эффективный метод для получения керамики из карбида кремния большого размера и сложной формы. Однако реакционное спекание сопряжено с некоторыми проблемами, такими как неравномерная плотность спеченных изделий, легкое растрескивание спеченных изделий и недостаточное проникновение кремния в процессе спекания. Кроме того, этот процесс спекания предъявляет высокие требования к сырью, требует больших затрат энергии и высокой себестоимости.

Рекристаллизационное спекание

Рекристаллизация SiC керамического материала различного размера частиц SiC в столбце градации, чем после формовки для заготовки, зерна в плите мелких частиц могут быть равномерно распределены между крупными частицами поры, а затем в высокой температуре 2100 ℃ выше и некоторые поток под защитой атмосферы, SiC мелких частиц постепенно после испарения конденсации крупной частицы контактной точки осадка, пока мелкие частицы полностью исчезнут. В результате этого механизма испарения-конденсации, новые границы зерен образуются на шее частиц, что приводит к миграции мелких частиц и образованию мостовых структур между крупными частицами и спеченными телами с определенной пористостью.

Этот керамический материал не сжимается, несмотря на очевидный процесс роста шейки. Результаты Плотность продукта не изменяется в процессе спекания, поэтому его прочность относительно низкая. Однако его преимущество заключается в том, что керамический материал не нуждается в помощнике при спекании, а спеченное тело представляет собой единую кристаллическую фазу SiC, поэтому материал обладает отличными антиокислительными характеристиками. Между тем, процесс спекания позволяет получать крупные изделия с высокой точностью размеров и без деформации.

Микроволновое спекание

По сравнению с традиционным процессом спекания, микроволновое спекание использует преимущества диэлектрических потерь материала в микроволновом электромагнитном поле для нагрева всего материала до температуры спекания, чтобы осуществить спекание и уплотнение. По сравнению с обычным методом спекания, микроволновое спекание имеет много преимуществ, таких как низкая температура спекания, быстрая скорость нагрева, хорошая плотность материала и т.д. В то же время микроволновое спекание ускоряет процесс массопереноса материалов, что позволяет получать мелкозернистые материалы.

Разрядное плазменное спекание

Технология плазменного спекания с разрядом - это новая технология порошковой металлургии для получения блочных материалов. Она использует электрическую искру высокой энергии для завершения процесса спекания образца при низкой температуре и за короткое время. Она может быть использована для подготовки металлических, керамических и композиционных материалов. В процессе спекания мгновенный разряд между частицами и высокотемпературная плазма могут разрушить или удалить примеси (такие как окислительная пленка) и адсорбированный газ на поверхности частиц порошка, активировать поверхность частиц порошка, улучшить качество и эффективность спекания.

С помощью технологии плазменного спекания в разряде порошок SiC с ускорителями Al2O3 и Y2O3 был быстро спечен, и была получена плотная керамика SiC.

Карбид кремния структурные керамические детали

Благодаря своим разнообразным превосходным свойствам, высокотемпературные подшипники, пуленепробиваемые пластины, сопла, высокотемпературные коррозионно-стойкие детали и детали электронного оборудования в высокотемпературном и высокочастотном диапазоне из керамики SiC широко используются в нефтяной, химической, микроэлектронной и других областях, автомобилях, Она широко используется в таких промышленных областях, как аэрокосмическая, авиационная, бумажная, лазерная, горнодобывающая и атомная энергетика.

Ознакомьтесь с информацией о керамике из карбида кремния в Википедии