Inden for det store felt af materialevidenskab er siliciumcarbidkeramik blevet "darlingen" inden for mange højteknologiske områder på grund af dets fremragende egenskaber såsom høj hårdhed, høj styrke, god termisk stabilitet og kemisk stabilitet. Fra luftfart til halvlederfremstilling, fra nye energikøretøjer til industrimaskiner spiller siliciumcarbidkeramik en uundværlig rolle. I fremstillingsprocessen af siliciumcarbidkeramik er sintringsmetoden den vigtigste faktor, der bestemmer dens egenskaber og anvendelsesområde. I dag vil vi dykke ned i sintringsprocessen for siliciumcarbid og fokusere på at udforske de unikke fordele ved reaktionssintring.siliciumcarbid keramik.
Almindelige sintringsmetoder for siliciumcarbid
Der findes forskellige sintringsmetoder til siliciumcarbid, hver med sine egne unikke principper og egenskaber.
1. Varmpresningsintring: Denne sintringsmetode involverer placering af siliciumcarbidpulver i en form, hvor der påføres et vist tryk under opvarmning for at fuldføre støbe- og sintringsprocesserne samtidigt. Varmpresningsintring kan opnå tæt siliciumcarbidkeramik ved relativt lave temperaturer og på kort tid med fin kornstørrelse og gode mekaniske egenskaber. Varmpresningssintringsudstyret er imidlertid komplekst, formomkostningerne er høje, produktionsprocessens krav er strenge, og kun simple formede dele kan fremstilles, hvilket resulterer i lav produktionseffektivitet, hvilket til en vis grad begrænser dets anvendelse i stor skala.
2. Sintring under atmosfærisk tryk: Sintring under atmosfærisk tryk er processen med fortætningssintring af siliciumcarbid ved at opvarme det til 2000-2150 ℃ under atmosfærisk tryk og inerte atmosfæreforhold ved at tilsætte passende sintringshjælpemidler. Det er opdelt i to processer: fastfasesintring og flydendefasesintring. Fastfasesintring kan opnå en høj tæthed af siliciumcarbid uden glasfase mellem krystallerne og fremragende mekaniske egenskaber ved høje temperaturer. Flydendefasesintring har fordelene ved lavere sintringstemperatur, mindre kornstørrelse og forbedret materialebøjningsstyrke og brudstyrke. Sintring under atmosfærisk tryk har ingen begrænsninger på produktets form og størrelse, lave produktionsomkostninger og fremragende omfattende materialeegenskaber, men sintringstemperaturen er høj, og energiforbruget er højt.
3. Reaktionssintring: Reaktionssintret siliciumcarbid blev først foreslået af P. Popper i 1950'erne. Processen involverer blanding af kulstofkilde og siliciumcarbidpulver og fremstilling af råmaterialet ved hjælp af metoder som sprøjtestøbning, tørpresning eller koldisostatisk presning. Derefter opvarmes barren til over 1500 ℃ under vakuum eller inert atmosfære, hvorefter det faste silicium smelter til flydende silicium, som infiltrerer barren med porer gennem kapillærvirkning. Flydende silicium eller siliciumdamp undergår en kemisk reaktion med C i råmaterialet, og det in-situ genererede β-SiC kombineres med de oprindelige SiC-partikler i råmaterialet for at danne reaktionssintrede siliciumcarbidkeramiske materialer.
Fordele ved reaktionssintring af siliciumcarbidkeramik
Sammenlignet med andre sintringsmetoder har reaktionssintrede siliciumcarbidkeramik mange betydelige fordele:
1. Lav sintringstemperatur og kontrollerbare omkostninger: Reaktionssintringstemperaturen er normalt lavere end den atmosfæriske sintringstemperatur, hvilket reducerer energiforbruget og kravene til høj temperaturydelse for sintringsudstyr betydeligt. En lavere sintringstemperatur betyder lavere vedligeholdelsesomkostninger for udstyret og reduceret energiforbrug under produktionsprocessen, hvilket effektivt reducerer produktionsomkostningerne. Dette gør reaktionssintrede siliciumcarbidkeramik til betydelige økonomiske fordele i storskalaproduktion.
2. Formning i næsten nettostørrelse, egnet til komplekse strukturer: Under reaktionssintringsprocessen krymper materialet næsten ikke i volumen. Denne egenskab gør det særligt velegnet til fremstilling af store, komplekse strukturkomponenter. Uanset om det er præcisionsmekaniske komponenter eller store industriudstyrskomponenter, kan reaktionssintrede siliciumcarbidkeramik nøjagtigt opfylde designkrav, reducere efterfølgende forarbejdningstrin, forbedre produktionseffektiviteten og også reducere materialetab og omkostningsstigninger forårsaget af forarbejdning.
3. Høj grad af materialefortætning: Ved at kontrollere reaktionsbetingelserne på en rimelig måde kan reaktionssintring opnå en høj grad af fortætning af siliciumcarbidkeramik. Den tætte struktur giver materialet fremragende mekaniske egenskaber, såsom høj bøjningsstyrke og trykstyrke, hvilket gør det muligt at opretholde strukturel integritet under betydelige eksterne kræfter. Samtidig forbedrer den tætte struktur også materialets slidstyrke og korrosionsbestandighed, hvilket gør det muligt for det at fungere stabilt i barske arbejdsmiljøer og forlænge dets levetid.
4. God kemisk stabilitet: Reaktionssintrede siliciumcarbidkeramikmaterialer har fremragende modstandsdygtighed over for stærke syrer og smeltede metaller. I industrier som kemisk og metallurgisk industri skal udstyr ofte komme i kontakt med forskellige korrosive medier. Reaktionssintrede siliciumcarbidkeramikmaterialer kan effektivt modstå erosionen af disse medier, sikre normal drift af udstyr, reducere vedligeholdelses- og udskiftningsomkostninger og forbedre produktionskontinuiteten og -stabiliteten.
Bredt anvendelig inden for forskellige områder
Med disse fordele er reaktionssintret siliciumcarbidkeramik blevet udbredt inden for mange områder. Inden for højtemperaturovnsudstyr kan det modstå høje temperaturmiljøer og sikre effektiv drift af ovne. I varmevekslere gør deres fremragende varmeledningsevne og korrosionsbestandighed dem til et ideelt materialevalg. I miljøbeskyttelsesudstyr såsom afsvovlingsdyser kan det modstå erosion af korrosive medier og sikre udstyrets langsigtede stabile drift. Derudover spiller reaktionssintret siliciumcarbidkeramik også en vigtig rolle inden for avancerede områder som solceller og luftfart.
Reaktionssintrede siliciumcarbidkeramik indtager en vigtig plads i siliciumcarbidkeramikfamilien på grund af deres unikke fordele. Med den kontinuerlige teknologiske udvikling og den løbende optimering af processer menes det, at reaktionssintrede siliciumcarbidkeramik vil demonstrere deres fremragende ydeevne på flere områder og dermed yde stærk materialestøtte til udviklingen af forskellige industrier.
Opslagstidspunkt: 13. juni 2025