U širokom području znanosti o materijalima, silicij-karbidna keramika postala je "miljenica" mnogih visokotehnoloških područja zbog svojih izvrsnih svojstava kao što su visoka tvrdoća, visoka čvrstoća, dobra toplinska stabilnost i kemijska stabilnost. Od zrakoplovstva do proizvodnje poluvodiča, od vozila s novim izvorima energije do industrijskih strojeva, silicij-karbidna keramika igra neizostavnu ulogu. U procesu pripreme silicij-karbidne keramike, metoda sinteriranja ključni je čimbenik koji određuje njezina svojstva i raspon primjene. Danas ćemo se udubiti u proces sinteriranja silicij-karbida i usredotočiti se na istraživanje jedinstvenih prednosti reakcijskog sinteriranja.silicij-karbidna keramika.
Uobičajene metode sinteriranja silicijevog karbida
Postoje različite metode sinteriranja silicijevog karbida, svaka sa svojim jedinstvenim principima i karakteristikama.
1. Sinteriranje vrućim prešanjem: Ova metoda sinteriranja uključuje stavljanje praha silicijevog karbida u kalup, primjenu određenog tlaka tijekom zagrijavanja, kako bi se istovremeno dovršili procesi oblikovanja i sinteriranja. Sinteriranjem vrućim prešanjem može se dobiti gusta silicijeva karbidna keramika na relativno niskim temperaturama i u kratkom vremenu, s finom veličinom zrna i dobrim mehaničkim svojstvima. Međutim, oprema za sinteriranje vrućim prešanjem je složena, troškovi kalupa su visoki, zahtjevi proizvodnog procesa su strogi i mogu se pripremiti samo jednostavni oblikovani dijelovi, što rezultira niskom učinkovitošću proizvodnje, što donekle ograničava njegovu primjenu u velikim razmjerima.
2. Sinteriranje pri atmosferskom tlaku: Sinteriranje pri atmosferskom tlaku je proces sinteriranja silicijevog karbida zagrijavanjem na 2000-2150 ℃ pod atmosferskim tlakom i uvjetima inertne atmosfere, dodavanjem odgovarajućih pomoćnih sredstava za sinteriranje. Podijeljeno je u dva procesa: sinteriranje u čvrstom stanju i sinteriranje u tekućoj fazi. Sinteriranjem u čvrstom stanju može se postići visoka gustoća silicijevog karbida, bez staklene faze između kristala, i izvrsna mehanička svojstva na visokim temperaturama; Sinteriranje u tekućoj fazi ima prednosti niže temperature sinteriranja, manje veličine zrna te poboljšane čvrstoće materijala na savijanje i lom. Sinteriranje pri atmosferskom tlaku nema ograničenja u obliku i veličini proizvoda, ima niske troškove proizvodnje i izvrsna sveobuhvatna svojstva materijala, ali temperatura sinteriranja je visoka, a potrošnja energije velika.
3. Reakcijsko sinteriranje: Reakcijski sinterirani silicijev karbid prvi je predložio P. Popper 1950-ih. Postupak uključuje miješanje izvora ugljika i praha silicijevog karbida te pripremu sirovog tijela metodama kao što su injekcijsko prešanje, suho prešanje ili hladno izostatsko prešanje. Zatim se gredica zagrijava na temperaturu iznad 1500 ℃ u vakuumu ili inertnoj atmosferi, pri čemu se čvrsti silicij topi u tekući silicij, koji kapilarnim djelovanjem infiltrira gredicu koja sadrži pore. Tekući silicij ili silicijeva para kemijski reagiraju s C u sirovom tijelu, a in situ generirani β-SiC kombinira se s izvornim SiC česticama u sirovom tijelu kako bi se formirali reakcijski sinterirani keramički materijali od silicijevog karbida.
Prednosti reakcijskog sinteriranja silicijeve karbidne keramike
U usporedbi s drugim metodama sinteriranja, reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika ima mnoge značajne prednosti:
1. Niska temperatura sinteriranja i kontrolirani troškovi: Temperatura reakcijskog sinteriranja obično je niža od atmosferske temperature sinteriranja, što uvelike smanjuje potrošnju energije i zahtjeve za visokotemperaturnim performansama opreme za sinteriranje. Niža temperatura sinteriranja znači niže troškove održavanja opreme i smanjenu potrošnju energije tijekom proizvodnog procesa, što učinkovito smanjuje troškove proizvodnje. Zbog toga reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika ima značajne ekonomske prednosti u proizvodnji velikih razmjera.
2. Oblikovanje gotovo neto veličine, pogodno za složene strukture: Tijekom procesa reakcijskog sinteriranja, materijal se gotovo ne skuplja u volumenu. Ova karakteristika čini ga posebno prikladnim za pripremu velikih, složeno oblikovanih strukturnih komponenti. Bilo da se radi o preciznim mehaničkim komponentama ili velikim komponentama industrijske opreme, reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika može točno ispuniti zahtjeve dizajna, smanjiti naknadne korake obrade, poboljšati učinkovitost proizvodnje, a također smanjiti gubitak materijala i povećanje troškova uzrokovano obradom.
3. Visok stupanj zgušnjavanja materijala: Razumnom kontrolom reakcijskih uvjeta, reakcijskim sinteriranjem može se postići visok stupanj zgušnjavanja silicij-karbidne keramike. Gusta struktura daje materijalu izvrsna mehanička svojstva, poput visoke čvrstoće na savijanje i tlačne čvrstoće, što mu omogućuje održavanje strukturnog integriteta pod značajnim vanjskim silama. Istovremeno, gusta struktura također poboljšava otpornost materijala na habanje i koroziju, omogućujući mu stabilan rad u teškim radnim uvjetima i produžujući mu vijek trajanja.
4. Dobra kemijska stabilnost: Reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika ima izvrsnu otpornost na jake kiseline i rastaljene metale. U industrijama poput kemijske i metalurške, oprema često mora doći u kontakt s raznim korozivnim medijima. Reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika može učinkovito odoljeti eroziji tih medija, osigurati normalan rad opreme, smanjiti troškove održavanja i zamjene te poboljšati kontinuitet i stabilnost proizvodnje.
Široko primjenjiv u raznim područjima
S ovim prednostima, reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika široko se koristi u mnogim područjima. U području opreme za peći na visokim temperaturama, može izdržati visoke temperature i osigurati učinkovit rad peći; u izmjenjivačima topline, njihova izvrsna toplinska vodljivost 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 sinterirana silicij-karbidna keramika također igra važnu ulogu u vrhunskim područjima kao što su fotonaponski sustavi i zrakoplovstvo.
Reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika zauzima važno mjesto u obitelji silicij-karbidne keramike zbog svojih jedinstvenih prednosti. S kontinuiranim napretkom tehnologije i kontinuiranom optimizacijom procesa, vjeruje se da će reakcijski sinterirana silicij-karbidna keramika pokazati svoje izvrsne performanse u više područja, pružajući snažnu materijalnu podršku za razvoj različitih industrija.
Vrijeme objave: 13. lipnja 2025.