No vasto campo da ciencia dos materiais, a cerámica de carburo de silicio converteuse na "bebida favorita" de moitos campos de alta tecnoloxía debido ás súas excelentes propiedades, como a alta dureza, a alta resistencia, a boa estabilidade térmica e a estabilidade química. Desde a industria aeroespacial ata a fabricación de semicondutores, desde os vehículos de novas enerxías ata a maquinaria industrial, a cerámica de carburo de silicio desempeña un papel indispensable. No proceso de preparación da cerámica de carburo de silicio, o método de sinterización é o factor clave que determina as súas propiedades e o seu rango de aplicación. Hoxe, afondaremos no proceso de sinterización do carburo de silicio e centrarémonos en explorar as vantaxes únicas da sinterización por reacción.cerámica de carburo de silicio.
Métodos comúns de sinterización para o carburo de silicio
Existen varios métodos de sinterización para o carburo de silicio, cada un cos seus propios principios e características únicas.
1. Sinterización por prensado en quente: este método de sinterización implica colocar po de carburo de silicio nun molde, aplicando unha certa presión mentres se quenta, para completar os procesos de moldeo e sinterización simultaneamente. A sinterización por prensado en quente pode obter cerámicas densas de carburo de silicio a temperaturas relativamente baixas e nun curto período de tempo, con granulometria fina e boas propiedades mecánicas. Non obstante, o equipo de sinterización por prensado en quente é complexo, o custo do molde é elevado, os requisitos do proceso de produción son estritos e só se poden preparar pezas con formas simples, o que resulta nunha baixa eficiencia de produción, o que ata certo punto limita a súa aplicación a grande escala.
2. Sinterización a presión atmosférica: A sinterización a presión atmosférica é o proceso de sinterización por densificación do carburo de silicio quentándoo a 2000-2150 ℃ a presión atmosférica e condicións de atmosfera inerte, engadindo axudas de sinterización axeitadas. Divídese en dous procesos: sinterización en estado sólido e sinterización en fase líquida. A sinterización en fase sólida pode conseguir unha alta densidade de carburo de silicio, sen fase vítrea entre os cristais e excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura; A sinterización en fase líquida ten as vantaxes dunha temperatura de sinterización máis baixa, un tamaño de gran máis pequeno e unha mellor resistencia á flexión do material e tenacidade á fractura. A sinterización a presión atmosférica non ten restricións na forma e tamaño do produto, baixos custos de produción e excelentes propiedades integrais do material, pero a temperatura de sinterización é alta e o consumo de enerxía é elevado.
3. Sinterización por reacción: O carburo de silicio sinterizado por reacción foi proposto por primeira vez por P. Popper na década de 1950. O proceso implica mesturar unha fonte de carbono e po de carburo de silicio e preparar o corpo en verde mediante métodos como o moldeo por inxección, o prensado en seco ou o prensado isostático en frío. Despois, o lingote quéntase a máis de 1500 ℃ en baleiro ou atmosfera inerte, momento no que o silicio sólido fúndese en silicio líquido, que se infiltra nos poros que conteñen o lingote por capilaridade. O silicio líquido ou o vapor de silicio sofren unha reacción química co C no corpo en verde, e o β-SiC xerado in situ combínase coas partículas de SiC orixinais no corpo en verde para formar materiais cerámicos de carburo de silicio sinterizados por reacción.
Vantaxes da sinterización por reacción de cerámicas de carburo de silicio
En comparación con outros métodos de sinterización, as cerámicas de carburo de silicio sinterizadas por reacción teñen moitas vantaxes significativas:
1. Baixa temperatura de sinterización e custo controlable: a temperatura de sinterización por reacción adoita ser inferior á temperatura de sinterización atmosférica, o que reduce considerablemente o consumo de enerxía e os requisitos de rendemento a alta temperatura para os equipos de sinterización. Unha temperatura de sinterización máis baixa significa custos de mantemento máis baixos para o equipo e un consumo de enerxía reducido durante o proceso de produción, o que reduce eficazmente os custos de produción. Isto fai que as cerámicas de carburo de silicio sinterizadas por reacción teñan vantaxes económicas significativas na produción a grande escala.
2. Conformación de tamaño case neto, axeitada para estruturas complexas: Durante o proceso de sinterización por reacción, o material apenas sofre contracción de volume. Esta característica faino especialmente axeitado para a preparación de compoñentes estruturais de gran tamaño e formas complexas. Tanto se se trata de compoñentes mecánicos de precisión como de grandes compoñentes de equipos industriais, a cerámica de carburo de silicio sinterizada por reacción pode cumprir con precisión os requisitos de deseño, reducir os pasos de procesamento posteriores, mellorar a eficiencia da produción e tamén reducir a perda de material e o aumento de custos causados polo procesamento.
3. Alto grao de densificación do material: Ao controlar razoablemente as condicións de reacción, a sinterización por reacción pode lograr un alto grao de densificación das cerámicas de carburo de silicio. A estrutura densa dota ao material de excelentes propiedades mecánicas, como unha alta resistencia á flexión e á compresión, o que lle permite manter a integridade estrutural baixo forzas externas significativas. Ao mesmo tempo, a estrutura densa tamén mellora a resistencia ao desgaste e á corrosión do material, o que lle permite funcionar de forma estable en ambientes de traballo agresivos e prolongar a súa vida útil.
4. Boa estabilidade química: as cerámicas de carburo de silicio sinterizadas por reacción teñen unha excelente resistencia a ácidos fortes e metais fundidos. En industrias como a química e a metalúrxica, os equipos adoitan ter que entrar en contacto con diversos medios corrosivos. As cerámicas de carburo de silicio sinterizadas por reacción poden resistir eficazmente a erosión destes medios, garantir o funcionamento normal dos equipos, reducir os custos de mantemento e substitución e mellorar a continuidade e a estabilidade da produción.
Amplamente aplicable en varios campos
Con estas vantaxes, a cerámica de carburo de silicio sinterizado por reacción utilizouse amplamente en moitos campos. No campo dos equipos de forno de alta temperatura, pode soportar ambientes de alta temperatura e garantir o funcionamento eficiente dos fornos; Nos intercambiadores de calor, a súa excelente condutividade térmica e resistencia á corrosión convértenos nunha opción de material ideal; Nos equipos de protección ambiental, como as boquillas de desulfuración, pode resistir a erosión de medios corrosivos e garantir o funcionamento estable a longo prazo do equipo. Ademais, a cerámica de carburo de silicio sinterizado por reacción tamén desempeña un papel importante en campos de alta gama como a fotovoltaica e a aeroespacial.
As cerámicas de carburo de silicio sinterizadas por reacción ocupan unha posición importante na familia das cerámicas de carburo de silicio debido ás súas vantaxes únicas. Co avance continuo da tecnoloxía e a optimización continua dos procesos, crese que as cerámicas de carburo de silicio sinterizadas por reacción demostrarán o seu excelente rendemento en máis campos, proporcionando un sólido apoio material para o desenvolvemento de diversas industrias.
Data de publicación: 13 de xuño de 2025