در حوزه وسیع علم مواد، سرامیک‌های کاربید سیلیکون به دلیل خواص عالی مانند سختی بالا، استحکام بالا، پایداری حرارتی خوب و پایداری شیمیایی، به "عزیز" بسیاری از زمینه‌های فناوری پیشرفته تبدیل شده‌اند. از هوافضا گرفته تا تولید نیمه‌هادی، از وسایل نقلیه با انرژی جدید گرفته تا ماشین‌آلات صنعتی، سرامیک‌های کاربید سیلیکون نقش ضروری ایفا می‌کنند. در فرآیند آماده‌سازی سرامیک‌های کاربید سیلیکون، روش پخت، عامل کلیدی تعیین‌کننده خواص و دامنه کاربرد آن است. امروز، ما به فرآیند پخت کاربید سیلیکون خواهیم پرداخت و بر بررسی مزایای منحصر به فرد پخت واکنشی تمرکز خواهیم کرد.سرامیک‌های سیلیکون کاربیدی.
روش‌های متداول زینترینگ کاربید سیلیکون
روش‌های مختلفی برای تف‌جوشی کاربید سیلیکون وجود دارد که هر کدام اصول و ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند.
۱. تف‌جوشی با پرس گرم: این روش تف‌جوشی شامل قرار دادن پودر کاربید سیلیکون در قالب و اعمال فشار خاصی هنگام گرم شدن است تا فرآیندهای قالب‌گیری و تف‌جوشی به طور همزمان تکمیل شوند. تف‌جوشی با پرس گرم می‌تواند سرامیک‌های کاربید سیلیکون متراکم را در دماهای نسبتاً پایین و در مدت زمان کوتاهی، با اندازه دانه ریز و خواص مکانیکی خوب به دست آورد. با این حال، تجهیزات تف‌جوشی با پرس گرم پیچیده است، هزینه قالب بالا است، الزامات فرآیند تولید سختگیرانه است و فقط قطعات با شکل ساده قابل تهیه هستند که منجر به راندمان تولید پایین می‌شود و تا حدودی کاربرد آن را در مقیاس بزرگ محدود می‌کند.
۲. تف‌جوشی تحت فشار اتمسفری: تف‌جوشی تحت فشار اتمسفری فرآیند تف‌جوشی متراکم کاربید سیلیکون با گرم کردن آن تا دمای ۲۰۰۰ تا ۲۱۵۰ درجه سانتیگراد تحت فشار اتمسفر و شرایط اتمسفر خنثی، با افزودن کمک‌جوش‌های مناسب است. این فرآیند به دو فرآیند تقسیم می‌شود: تف‌جوشی حالت جامد و تف‌جوشی فاز مایع. تف‌جوشی فاز جامد می‌تواند به چگالی بالای کاربید سیلیکون، بدون فاز شیشه‌ای بین کریستال‌ها و خواص مکانیکی عالی در دمای بالا دست یابد. تف‌جوشی فاز مایع مزایای دمای تف‌جوشی پایین‌تر، اندازه دانه کوچکتر و بهبود مقاومت خمشی و چقرمگی شکست مواد را دارد. تف‌جوشی تحت فشار اتمسفری هیچ محدودیتی در شکل و اندازه محصول، هزینه‌های تولید پایین و خواص جامع عالی مواد ندارد، اما دمای تف‌جوشی بالا و مصرف انرژی بالا است.
۳. پخت واکنشی: کاربید سیلیکون پخت واکنشی اولین بار توسط پی. پاپر در دهه ۱۹۵۰ پیشنهاد شد. این فرآیند شامل مخلوط کردن منبع کربن و پودر کاربید سیلیکون و تهیه بدنه خام از طریق روش‌هایی مانند قالب‌گیری تزریقی، پرس خشک یا پرس ایزواستاتیک سرد است. سپس، شمش تا دمای بالاتر از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد تحت خلاء یا اتمسفر بی‌اثر گرم می‌شود، در این نقطه سیلیکون جامد به سیلیکون مایع ذوب می‌شود که از طریق عمل مویرگی به داخل شمش حاوی منافذ نفوذ می‌کند. سیلیکون مایع یا بخار سیلیکون تحت یک واکنش شیمیایی با C در بدنه خام قرار می‌گیرد و β-SiC تولید شده درجا با ذرات SiC اصلی در بدنه خام ترکیب می‌شود تا مواد سرامیکی کاربید سیلیکون پخت واکنشی را تشکیل دهد.
مزایای سرامیک‌های سیلیکون کاربیدی تف‌جوشی واکنشی
در مقایسه با سایر روش‌های تف‌جوشی، سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی شده با واکنش، مزایای قابل توجهی دارند:
۱. دمای پخت پایین و هزینه قابل کنترل: دمای پخت واکنشی معمولاً کمتر از دمای پخت اتمسفری است که مصرف انرژی و الزامات عملکرد در دمای بالا برای تجهیزات پخت را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. دمای پخت پایین‌تر به معنای هزینه‌های نگهداری کمتر برای تجهیزات و کاهش مصرف انرژی در طول فرآیند تولید است که به طور موثر هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. این امر باعث می‌شود سرامیک‌های سیلیکون کاربید پخت واکنشی مزایای اقتصادی قابل توجهی در تولید در مقیاس بزرگ داشته باشند.
۲. شکل‌دهی نزدیک به اندازه خالص، مناسب برای سازه‌های پیچیده: در طول فرآیند تف‌جوشی واکنشی، ماده به سختی دچار انقباض حجمی می‌شود. این ویژگی آن را به ویژه برای تهیه قطعات سازه‌ای با اندازه بزرگ و شکل پیچیده مناسب می‌کند. چه قطعات مکانیکی دقیق باشند و چه قطعات تجهیزات صنعتی بزرگ، سرامیک‌های کاربید سیلیکون تف‌جوشی واکنشی می‌توانند به طور دقیق الزامات طراحی را برآورده کنند، مراحل پردازش بعدی را کاهش دهند، راندمان تولید را بهبود بخشند و همچنین از اتلاف مواد و افزایش هزینه ناشی از پردازش بکاهند.
۳. درجه بالای تراکم مواد: با کنترل منطقی شرایط واکنش، تف‌جوشی واکنشی می‌تواند به درجه بالایی از تراکم سرامیک‌های کاربید سیلیکون دست یابد. ساختار متراکم، خواص مکانیکی عالی مانند مقاومت خمشی و مقاومت فشاری بالا را به ماده می‌بخشد و آن را قادر می‌سازد تا یکپارچگی ساختاری خود را تحت نیروهای خارجی قابل توجه حفظ کند. در عین حال، ساختار متراکم، مقاومت در برابر سایش و خوردگی ماده را نیز افزایش می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا در محیط‌های کاری سخت به طور پایدار عمل کند و عمر مفید آن را افزایش دهد.
4. پایداری شیمیایی خوب: سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی واکنشی مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدهای قوی و فلزات مذاب دارند. در صنایعی مانند صنایع شیمیایی و متالورژی، تجهیزات اغلب نیاز به تماس با محیط‌های خورنده مختلف دارند. سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی واکنشی می‌توانند به طور مؤثر در برابر فرسایش این محیط‌ها مقاومت کنند، عملکرد طبیعی تجهیزات را تضمین کنند، هزینه‌های نگهداری و جایگزینی را کاهش دهند و تداوم و پایداری تولید را بهبود بخشند.
کاربرد گسترده در زمینه‌های مختلف
با این مزایا، سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی واکنشی در بسیاری از زمینه‌ها به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در زمینه تجهیزات کوره‌های دما بالا، می‌توانند در محیط‌های با دمای بالا مقاومت کنند و عملکرد کارآمد کوره‌ها را تضمین کنند. در مبدل‌های حرارتی، رسانایی حرارتی عالی و مقاومت در برابر خوردگی آنها، آنها را به یک انتخاب ایده‌آل برای مواد تبدیل می‌کند. در تجهیزات حفاظت از محیط زیست مانند نازل‌های گوگردزدایی، می‌توانند در برابر فرسایش محیط‌های خورنده مقاومت کنند و عملکرد پایدار طولانی مدت تجهیزات را تضمین کنند. علاوه بر این، سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی واکنشی همچنین نقش مهمی در زمینه‌های پیشرفته مانند فتوولتائیک و هوافضا ایفا می‌کنند.
سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی واکنشی به دلیل مزایای منحصر به فرد خود، جایگاه مهمی در خانواده سرامیک‌های سیلیکون کاربید دارند. با پیشرفت مداوم فناوری و بهینه‌سازی مداوم فرآیندها، اعتقاد بر این است که سرامیک‌های سیلیکون کاربید تف‌جوشی واکنشی عملکرد عالی خود را در زمینه‌های بیشتری نشان خواهند داد و پشتیبانی مادی قوی برای توسعه صنایع مختلف فراهم می‌کنند.
زمان ارسال: ۱۳ ژوئن ۲۰۲۵