Dalam bidang ilmu material yang luas, keramik silikon karbida telah menjadi "kesayangan" banyak bidang teknologi tinggi karena sifat-sifatnya yang luar biasa seperti kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, stabilitas termal yang baik, dan stabilitas kimia. Dari kedirgantaraan hingga manufaktur semikonduktor, dari kendaraan energi baru hingga mesin industri, keramik silikon karbida memainkan peran yang sangat diperlukan. Dalam proses persiapan keramik silikon karbida, metode sintering merupakan faktor kunci yang menentukan sifat dan jangkauan aplikasinya. Hari ini, kita akan mempelajari proses sintering silikon karbida dan fokus pada eksplorasi keunggulan unik dari sinter reaksikeramik silikon karbida.
Metode sintering umum untuk silikon karbida
Ada berbagai metode sintering untuk silikon karbida, masing-masing dengan prinsip dan karakteristik uniknya sendiri.
1. Sintering pengepresan panas: Metode sintering ini melibatkan penempatan bubuk silikon karbida ke dalam cetakan, menerapkan tekanan tertentu saat pemanasan, untuk menyelesaikan proses pencetakan dan sintering secara bersamaan. Sintering pengepresan panas dapat memperoleh keramik silikon karbida padat pada suhu yang relatif rendah dan dalam waktu singkat, dengan ukuran butiran halus dan sifat mekanis yang baik. Namun, peralatan sintering pengepresan panas rumit, biaya cetakan tinggi, persyaratan proses produksi ketat, dan hanya komponen berbentuk sederhana yang dapat disiapkan, sehingga menghasilkan efisiensi produksi yang rendah, yang sampai batas tertentu membatasi penerapannya dalam skala besar.
2. Sintering tekanan atmosfer: Sintering tekanan atmosfer adalah proses sintering pemadatan silikon karbida dengan memanaskannya hingga 2000-2150 ℃ di bawah tekanan atmosfer dan kondisi atmosfer inert, dengan menambahkan bahan pembantu sintering yang sesuai. Ini dibagi menjadi dua proses: sintering keadaan padat dan sintering fase cair. Sintering fase padat dapat mencapai kepadatan silikon karbida yang tinggi, tanpa fase kaca di antara kristal, dan sifat mekanis suhu tinggi yang sangat baik; Sintering fase cair memiliki keunggulan suhu sintering yang lebih rendah, ukuran butiran yang lebih kecil, dan kekuatan lentur material serta ketangguhan patah yang lebih baik. Sintering tekanan atmosfer tidak memiliki batasan pada bentuk dan ukuran produk, biaya produksi yang rendah, dan sifat material komprehensif yang sangat baik, tetapi suhu sinteringnya tinggi dan konsumsi energinya tinggi.
3. Sintering reaksi: Karbida silikon sinter reaksi pertama kali diusulkan oleh P. Popper pada tahun 1950-an. Proses ini melibatkan pencampuran sumber karbon dan bubuk karbida silikon, dan menyiapkan badan hijau melalui metode seperti pencetakan injeksi, pengepresan kering, atau pengepresan isostatik dingin. Kemudian, billet dipanaskan hingga di atas 1500 ℃ dalam vakum atau atmosfer inert, di mana silikon padat meleleh menjadi silikon cair, yang menyusup ke dalam pori-pori yang berisi billet melalui aksi kapiler. Silikon cair atau uap silikon mengalami reaksi kimia dengan C dalam badan hijau, dan β – SiC yang dihasilkan in-situ bergabung dengan partikel SiC asli dalam badan hijau untuk membentuk bahan keramik karbida silikon sinter reaksi.
Keunggulan Reaksi Sintering Keramik Karbida Silikon
Dibandingkan dengan metode sintering lainnya, keramik silikon karbida sinter reaksi memiliki banyak keunggulan signifikan:
1. Suhu sintering rendah dan biaya terkendali: Suhu sintering reaksi biasanya lebih rendah daripada suhu sintering atmosfer, sehingga sangat mengurangi konsumsi energi dan persyaratan kinerja suhu tinggi untuk peralatan sintering. Suhu sintering yang lebih rendah berarti biaya perawatan peralatan yang lebih rendah dan konsumsi energi yang berkurang selama proses produksi, sehingga secara efektif mengurangi biaya produksi. Hal ini membuat keramik silikon karbida yang disinter reaksi memiliki keuntungan ekonomi yang signifikan dalam produksi skala besar.
2. Pembentukan mendekati ukuran bersih, cocok untuk struktur kompleks: Selama proses sintering reaksi, material hampir tidak mengalami penyusutan volume. Karakteristik ini membuatnya sangat cocok untuk menyiapkan komponen struktural berukuran besar dan berbentuk kompleks. Baik itu komponen mekanis presisi atau komponen peralatan industri besar, keramik silikon karbida yang disinter reaksi dapat secara akurat memenuhi persyaratan desain, mengurangi langkah pemrosesan berikutnya, meningkatkan efisiensi produksi, dan juga mengurangi kehilangan material dan peningkatan biaya yang disebabkan oleh pemrosesan.
3. Tingkat kepadatan material yang tinggi: Dengan mengendalikan kondisi reaksi secara wajar, sintering reaksi dapat mencapai tingkat kepadatan keramik silikon karbida yang tinggi. Struktur yang padat memberikan material sifat mekanik yang sangat baik, seperti kekuatan lentur dan kekuatan tekan yang tinggi, sehingga memungkinkannya mempertahankan integritas struktural di bawah gaya eksternal yang signifikan. Pada saat yang sama, struktur yang padat juga meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan korosi material, sehingga memungkinkannya beroperasi secara stabil di lingkungan kerja yang keras dan memperpanjang masa pakainya.
4. Stabilitas kimia yang baik: Keramik silikon karbida sinter reaksi memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap asam kuat dan logam cair. Dalam industri seperti kimia dan metalurgi, peralatan sering kali perlu bersentuhan dengan berbagai media korosif. Keramik silikon karbida sinter reaksi dapat secara efektif menahan erosi media ini, memastikan pengoperasian peralatan yang normal, mengurangi biaya perawatan dan penggantian, serta meningkatkan kontinuitas dan stabilitas produksi.
Dapat diaplikasikan secara luas di berbagai bidang
Dengan keunggulan ini, keramik silikon karbida sinter reaksi telah banyak digunakan di banyak bidang. Di bidang peralatan kiln suhu tinggi, keramik ini dapat menahan lingkungan suhu tinggi dan memastikan pengoperasian kiln yang efisien; Dalam penukar panas, konduktivitas termal dan ketahanan korosi yang sangat baik menjadikannya pilihan material yang ideal; Dalam peralatan perlindungan lingkungan seperti nosel desulfurisasi, keramik ini dapat menahan erosi media korosif dan memastikan pengoperasian peralatan yang stabil dalam jangka panjang. Selain itu, keramik silikon karbida sinter reaksi juga memainkan peran penting dalam bidang kelas atas seperti fotovoltaik dan kedirgantaraan.
Keramik silikon karbida sinter reaksi menempati posisi penting dalam keluarga keramik silikon karbida karena keunggulannya yang unik. Dengan kemajuan teknologi yang berkelanjutan dan optimalisasi proses yang berkelanjutan, diyakini bahwa keramik silikon karbida sinter reaksi akan menunjukkan kinerja yang sangat baik di lebih banyak bidang, memberikan dukungan material yang kuat untuk pengembangan berbagai industri.
Waktu posting: 13-Jun-2025