U širokom području nauke o materijalima, silicijum-karbidna keramika postala je "miljenica" mnogih visokotehnoloških oblasti zbog svojih odličnih svojstava kao što su visoka tvrdoća, visoka čvrstoća, dobra termička stabilnost i hemijska stabilnost. Od vazduhoplovstva do proizvodnje poluprovodnika, od vozila novih energija do industrijskih mašina, silicijum-karbidna keramika igra nezamjenjivu ulogu. U procesu pripreme silicijum-karbidne keramike, metoda sinterovanja je ključni faktor koji određuje njena svojstva i opseg primjene. Danas ćemo se udubiti u proces sinterovanja silicijum-karbida i fokusirati se na istraživanje jedinstvenih prednosti reakcionog sinterovanja.silicijum-karbidna keramika.
Uobičajene metode sinterovanja silicijum karbida
Postoje različite metode sinterovanja silicijum karbida, svaka sa svojim jedinstvenim principima i karakteristikama.
1. Sinterovanje vrućim presovanjem: Ova metoda sinterovanja uključuje stavljanje praha silicijum karbida u kalup, primjenu određenog pritiska tokom zagrijavanja, kako bi se procesi oblikovanja i sinterovanja završili istovremeno. Sinterovanje vrućim presovanjem može dobiti gustu silicijum karbidnu keramiku na relativno niskim temperaturama i u kratkom vremenskom periodu, sa finom veličinom zrna i dobrim mehaničkim svojstvima. Međutim, oprema za sinterovanje vrućim presovanjem je složena, troškovi kalupa su visoki, zahtjevi proizvodnog procesa su strogi i mogu se pripremiti samo jednostavni oblikovani dijelovi, što rezultira niskom efikasnošću proizvodnje, što donekle ograničava njegovu primjenu u velikim razmjerima.
2. Sinterovanje pri atmosferskom pritisku: Sinterovanje pri atmosferskom pritisku je proces sinterovanja silicijum karbida zagrijavanjem na 2000-2150 ℃ pod atmosferskim pritiskom i uslovima inertne atmosfere, dodavanjem odgovarajućih pomoćnih sredstava za sinterovanje. Podijeljeno je u dva procesa: sinterovanje u čvrstom stanju i sinterovanje u tečnoj fazi. Sinterovanje u čvrstoj fazi može postići visoku gustinu silicijum karbida, bez staklene faze između kristala, i odlična mehanička svojstva na visokim temperaturama; Sinterovanje u tečnoj fazi ima prednosti niže temperature sinterovanja, manje veličine zrna i poboljšane čvrstoće materijala na savijanje i žilavosti na lom. Sinterovanje pri atmosferskom pritisku nema ograničenja u pogledu oblika i veličine proizvoda, ima niske troškove proizvodnje i odlična sveobuhvatna svojstva materijala, ali je temperatura sinterovanja visoka, a potrošnja energije velika.
3. Reakcijsko sinterovanje: Reakcijsko sinterovanje silicijum karbida prvi je predložio P. Popper 1950-ih. Proces uključuje miješanje izvora ugljika i praha silicijum karbida, te pripremu sirovog tijela metodama kao što su brizganje, suho presovanje ili hladno izostatsko presovanje. Zatim se greda zagrijava na temperaturu iznad 1500 ℃ pod vakuumom ili inertnom atmosferom, pri čemu se čvrsti silicijum topi u tečni silicijum, koji infiltrira gredu koja sadrži pore kapilarnim djelovanjem. Tečni silicijum ili para silicija podleže hemijskoj reakciji sa C u sirovom tijelu, a in situ generisani β-SiC se kombinuje sa originalnim SiC česticama u sirovom tijelu i formira reakcijski sinterovane keramičke materijale od silicijum karbida.
Prednosti reakcijskog sinterovanja silicijum karbidne keramike
U poređenju sa drugim metodama sinterovanja, reakcijski sinterovana silicijum-karbidna keramika ima mnoge značajne prednosti:
1. Niska temperatura sinterovanja i kontrolisani troškovi: Temperatura reakcijskog sinterovanja je obično niža od atmosferske temperature sinterovanja, što značajno smanjuje potrošnju energije i zahtjeve za performansama opreme za sinterovanje na visokim temperaturama. Niža temperatura sinterovanja znači niže troškove održavanja opreme i smanjenu potrošnju energije tokom proizvodnog procesa, što efektivno smanjuje troškove proizvodnje. Zbog toga reakcijski sinterovana silicijum-karbidna keramika ima značajne ekonomske prednosti u proizvodnji velikih razmjera.
2. Oblikovanje gotovo do neto veličine, pogodno za složene strukture: Tokom procesa reakcijskog sinterovanja, materijal se gotovo ne skuplja. Ova karakteristika ga čini posebno pogodnim za pripremu velikih, složeno oblikovanih strukturnih komponenti. Bilo da se radi o preciznim mehaničkim komponentama ili velikim komponentama industrijske opreme, reakcijski sinterovana silicijum-karbidna keramika može precizno ispuniti zahtjeve dizajna, smanjiti naknadne korake obrade, poboljšati efikasnost proizvodnje, a također smanjiti gubitak materijala i povećanje troškova uzrokovano obradom.
3. Visok stepen zgušnjavanja materijala: Razumnom kontrolom reakcijskih uslova, reakcionim sinterovanjem može se postići visok stepen zgušnjavanja silicijum-karbidne keramike. Gusta struktura daje materijalu odlična mehanička svojstva, kao što su visoka čvrstoća na savijanje i čvrstoća na pritisak, omogućavajući mu da održi strukturni integritet pod značajnim vanjskim silama. Istovremeno, gusta struktura također poboljšava otpornost materijala na habanje i koroziju, omogućavajući mu stabilan rad u teškim radnim okruženjima i produžavajući njegov vijek trajanja.
4. Dobra hemijska stabilnost: Reakcijski sinterovana silicijum karbidna keramika ima odličnu otpornost na jake kiseline i rastopljene metale. U industrijama kao što su hemijska i metalurška, oprema često mora doći u kontakt s različitim korozivnim medijima. Reakcijski sinterovana silicijum karbidna keramika može efikasno odoljeti eroziji ovih medija, osigurati normalan rad opreme, smanjiti troškove održavanja i zamjene te poboljšati kontinuitet i stabilnost proizvodnje.
Široko primjenjiv u raznim oblastima
Zahvaljujući ovim prednostima, reakcijski sinterovana silicijum karbidna keramika se široko koristi u mnogim oblastima. U oblasti opreme za peći na visokim temperaturama, može izdržati visoke temperature i osigurati efikasan rad peći; u izmjenjivačima toplote, njihova odlična toplotna provodljivost i otpornost na koroziju čine ih idealnim izborom materijala; u opremi za zaštitu okoliša, kao što su mlaznice za odsumporavanje, može se oduprijeti eroziji korozivnih medija i osigurati dugoročan stabilan rad opreme. Osim toga, reakcijski sinterovana silicijum karbidna keramika također igra važnu ulogu u vrhunskim oblastima kao što su fotovoltaika i vazduhoplovstvo.
Reakcijski sinterovana silicijum karbidna keramika zauzima važno mjesto u porodici silicijum karbidne keramike zbog svojih jedinstvenih prednosti. Uz kontinuirani napredak tehnologije i kontinuiranu optimizaciju procesa, vjeruje se da će reakcijski sinterovana silicijum karbidna keramika pokazati svoje odlične performanse u više oblasti, pružajući snažnu materijalnu podršku za razvoj različitih industrija.
Vrijeme objave: 13. juni 2025.