Plačioje medžiagų mokslo srityje silicio karbido keramika tapo daugelio aukštųjų technologijų sričių „nusimylėtiniu“ dėl savo puikių savybių, tokių kaip didelis kietumas, didelis stiprumas, geras terminis stabilumas ir cheminis stabilumas. Nuo aviacijos ir kosmoso iki puslaidininkių gamybos, nuo naujų energijos transporto priemonių iki pramoninių mašinų, silicio karbido keramika vaidina nepakeičiamą vaidmenį. Silicio karbido keramikos gamybos procese sukepinimo metodas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis jos savybes ir pritaikymo sritį. Šiandien mes gilinsimės į silicio karbido sukepinimo procesą ir sutelksime dėmesį į unikalius reakcijos sukepinimo privalumus.silicio karbido keramika.
Įprasti silicio karbido sukepinimo metodai
Yra įvairių silicio karbido sukepinimo būdų, kurių kiekvienas turi savo unikalius principus ir savybes.
1. Karštojo presavimo sukepinimas: šis sukepinimo metodas apima silicio karbido miltelių įdėjimą į formą, tam tikro slėgio taikymą kaitinant, kad vienu metu būtų užbaigti liejimo ir sukepinimo procesai. Karštojo presavimo sukepinimo būdu galima gauti tankią silicio karbido keramiką santykinai žemoje temperatūroje ir per trumpą laiką, pasižyminčią smulkiais grūdeliais ir geromis mechaninėmis savybėmis. Tačiau karštojo presavimo sukepinimo įranga yra sudėtinga, formos kaina didelė, gamybos proceso reikalavimai griežti, galima paruošti tik paprastos formos detales, todėl gamybos efektyvumas mažas, o tai tam tikru mastu riboja jos taikymą plačiu mastu.
2. Atmosferos slėgio sukepinimas: atmosferos slėgio sukepinimas – tai silicio karbido tankinimo sukepinimo procesas, kaitinant jį iki 2000–2150 ℃ atmosferos slėgyje ir inertinės atmosferos sąlygomis, pridedant atitinkamų sukepinimo priemonių. Jis skirstomas į du procesus: kietosios fazės sukepinimą ir skystosios fazės sukepinimą. Kietosios fazės sukepinimo metu galima pasiekti didelį silicio karbido tankį, be stiklo fazės tarp kristalų ir puikias mechanines savybes aukštoje temperatūroje; skystosios fazės sukepinimo privalumai yra žemesnė sukepinimo temperatūra, mažesnis grūdelių dydis ir geresnis medžiagos lenkimo stiprumas bei atsparumas lūžiams. Atmosferos slėgio sukepinimas neturi jokių produkto formos ir dydžio apribojimų, mažų gamybos sąnaudų ir puikių visapusiškų medžiagos savybių, tačiau sukepinimo temperatūra yra aukšta, o energijos suvartojimas – didelis.
3. Reakcinis sukepinimas: reakciniu būdu sukepintą silicio karbidą pirmą kartą pasiūlė P. Popperis šeštajame dešimtmetyje. Procesas apima anglies šaltinio ir silicio karbido miltelių sumaišymą ir žalio korpuso paruošimą tokiais metodais kaip liejimas įpurškimu, sausas presavimas arba šaltas izostatinis presavimas. Tada ruošinys vakuume arba inertinėje atmosferoje kaitinamas iki daugiau nei 1500 ℃, kur kietas silicis išsilydo į skystą silicį, kuris kapiliariniu būdu prasiskverbia į ruošinio poras. Skystas silicis arba silicio garai chemiškai reaguoja su žaliame korpuse esančiu anglies elementu, o vietoje susidaręs β-SiC susijungia su pradinėmis žaliame korpuse esančiomis SiC dalelėmis ir sudaro reakciniu būdu sukepintas silicio karbido keramines medžiagas.
Reakcijos sukepinimo silicio karbido keramikos privalumai
Palyginti su kitais sukepinimo metodais, reakciniu būdu sukepinta silicio karbido keramika turi daug reikšmingų pranašumų:
1. Žema sukepinimo temperatūra ir kontroliuojamos sąnaudos: reakcijos sukepinimo temperatūra paprastai yra žemesnė nei atmosferos sukepinimo temperatūra, todėl gerokai sumažėja energijos suvartojimas ir aukšti sukepinimo įrangos temperatūros reikalavimai. Žemesnė sukepinimo temperatūra reiškia mažesnes įrangos priežiūros išlaidas ir mažesnes energijos sąnaudas gamybos proceso metu, o tai efektyviai sumažina gamybos sąnaudas. Dėl to reakcijos sukepinimo būdu pagaminta silicio karbido keramika turi didelių ekonominių pranašumų didelio masto gamyboje.
2. Beveik grynojo dydžio formavimas, tinka sudėtingoms konstrukcijoms: reakcijos sukepinimo proceso metu medžiaga beveik nesusitraukia. Dėl šios savybės ji ypač tinka didelių, sudėtingos formos konstrukcinių komponentų gamybai. Nesvarbu, ar tai būtų tikslūs mechaniniai komponentai, ar dideli pramoninės įrangos komponentai, reakcijos sukepinimo būdu pagaminta silicio karbido keramika gali tiksliai atitikti projektavimo reikalavimus, sumažinti vėlesnius apdorojimo etapus, pagerinti gamybos efektyvumą ir sumažinti medžiagų nuostolius bei sąnaudų padidėjimą, kurį sukelia apdirbimas.
3. Didelis medžiagos tankinimo laipsnis: Tinkamai kontroliuojant reakcijos sąlygas, reakcijos sukepinimo būdu galima pasiekti aukštą silicio karbido keramikos tankinimo laipsnį. Tanki struktūra suteikia medžiagai puikias mechanines savybes, tokias kaip didelis lenkimo ir gniuždymo stiprumas, leidžiantis išlaikyti konstrukcijos vientisumą veikiant didelėms išorinėms jėgoms. Tuo pačiu metu tanki struktūra taip pat padidina medžiagos atsparumą dilimui ir korozijai, todėl ji gali stabiliai veikti atšiauriomis darbo sąlygomis ir pailginti jos tarnavimo laiką.
4. Geras cheminis stabilumas: reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika pasižymi puikiu atsparumu stiprioms rūgštims ir išlydytiems metalams. Chemijos ir metalurgijos pramonės šakose įranga dažnai turi liestis su įvairiomis korozinėmis terpėmis. Reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika gali veiksmingai atsispirti šių terpių erozijai, užtikrinti normalų įrangos veikimą, sumažinti priežiūros ir keitimo išlaidas bei pagerinti gamybos tęstinumą ir stabilumą.
Plačiai pritaikomas įvairiose srityse
Dėl šių privalumų reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika buvo plačiai naudojama daugelyje sričių. Aukštos temperatūros krosnių įrangos srityje ji gali atlaikyti aukštą temperatūrą ir užtikrinti efektyvų krosnių veikimą; šilumokaičiuose dėl puikaus šilumos laidumo ir atsparumo korozijai ji yra idealus medžiagų pasirinkimas; aplinkos apsaugos įrangoje, tokioje kaip desulfuravimo antgaliai, ji gali būti atspari korozinių terpių erozijai ir užtikrinti ilgalaikį stabilų įrangos veikimą. Be to, reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika taip pat atlieka svarbų vaidmenį aukštos klasės srityse, tokiose kaip fotovoltinė energija ir aviacija, kosmoso pramonė.
Dėl unikalių privalumų reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika užima svarbią vietą silicio karbido keramikos šeimoje. Nuolat tobulėjant technologijoms ir optimizuojant procesus, manoma, kad reakcijos būdu sukepinta silicio karbido keramika pademonstruos puikias eksploatacines savybes daugiau sričių, suteikdama tvirtą medžiagų paramą įvairių pramonės šakų plėtrai.
Įrašo laikas: 2025 m. birželio 13 d.