In het brede veld van de materiaalkunde is siliciumcarbidekeramiek de 'lieveling' geworden van veel hightechbedrijven dankzij hun uitstekende eigenschappen, zoals hoge hardheid, hoge sterkte, goede thermische stabiliteit en chemische stabiliteit. Van de lucht- en ruimtevaart tot de productie van halfgeleiders, van nieuwe energievoertuigen tot industriële machines, siliciumcarbidekeramiek speelt een onmisbare rol. In het bereidingsproces van siliciumcarbidekeramiek is de sintermethode de belangrijkste factor die de eigenschappen en het toepassingsbereik bepaalt. Vandaag verdiepen we ons in het sinterproces van siliciumcarbide en richten we ons op het verkennen van de unieke voordelen van reactief gesinterd siliciumcarbide.siliciumcarbide keramiek.
Veelvoorkomende sintermethoden voor siliciumcarbide
Er bestaan verschillende sintermethoden voor siliciumcarbide, elk met zijn eigen unieke principes en kenmerken.
1. Warmpersen: Deze sintermethode omvat het plaatsen van siliciumcarbidepoeder in een mal, waarbij tijdens het verwarmen een bepaalde druk wordt uitgeoefend om het giet- en sinterproces gelijktijdig te voltooien. Warmpersen kan bij relatief lage temperaturen en in korte tijd dicht siliciumcarbidekeramiek produceren met een fijne korrelgrootte en goede mechanische eigenschappen. De apparatuur voor warmpersen is echter complex, de kosten van de mal zijn hoog, de eisen aan het productieproces zijn streng en er kunnen slechts eenvoudig gevormde onderdelen worden vervaardigd, wat resulteert in een lage productie-efficiëntie, wat grootschalige toepassing tot op zekere hoogte beperkt.
2. Sinteren bij atmosferische druk: Sinteren bij atmosferische druk is het proces van verdichtingssinteren van siliciumcarbide door het te verhitten tot 2000-2150 °C onder atmosferische druk en inerte atmosferische omstandigheden, door toevoeging van geschikte sinterhulpmiddelen. Het is onderverdeeld in twee processen: vaste-fase sinteren en vloeibare-fase sinteren. Vaste-fase sinteren kan een hoge dichtheid van siliciumcarbide bereiken, zonder glasfase tussen de kristallen, en uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen; vloeibare-fase sinteren heeft de voordelen van een lagere sintertemperatuur, kleinere korrelgrootte en verbeterde buigsterkte en breuktaaiheid van het materiaal. Atmosferische-druk sinteren kent geen beperkingen wat betreft productvorm en -grootte, lage productiekosten en uitstekende algehele materiaaleigenschappen, maar de sintertemperatuur is hoog en het energieverbruik is hoog.
3. Reactiesinteren: Reactiesinteren met siliciumcarbide werd voor het eerst voorgesteld door P. Popper in de jaren 50. Het proces omvat het mengen van de koolstofbron en siliciumcarbidepoeder, en het bereiden van het groene lichaam door middel van methoden zoals spuitgieten, droogpersen of koud isostatisch persen. Vervolgens wordt de staaf verhit tot boven 1500 °C onder vacuüm of inerte atmosfeer, waarbij het vaste silicium smelt tot vloeibaar silicium, dat via capillaire werking de staaf met poriën infiltreert. Vloeibaar silicium of siliciumdamp ondergaat een chemische reactie met C in de groene staaf, en het in-situ gegenereerde β-SiC combineert met de oorspronkelijke SiC-deeltjes in de groene staaf om keramische materialen te vormen die reactief gesinterd siliciumcarbide bevatten.
Voordelen van reactie-sintering siliciumcarbidekeramiek
Vergeleken met andere sintermethoden hebben reactief gesinterde siliciumcarbidekeramieken veel belangrijke voordelen:
1. Lage sintertemperatuur en beheersbare kosten: De reactie-sintertemperatuur is doorgaans lager dan de atmosferische sintertemperatuur, wat het energieverbruik en de hoge temperatuurvereisten voor sinterapparatuur aanzienlijk verlaagt. Een lagere sintertemperatuur betekent lagere onderhoudskosten voor de apparatuur en een lager energieverbruik tijdens het productieproces, wat de productiekosten effectief verlaagt. Dit maakt reactie-gesinterd siliciumcarbidekeramiek tot aanzienlijke economische voordelen bij grootschalige productie.
2. Vorming op bijna nettoformaat, geschikt voor complexe structuren: Tijdens het reactie-sinterproces ondergaat het materiaal nauwelijks volumekrimp. Deze eigenschap maakt het bijzonder geschikt voor de productie van grote, complex gevormde structurele componenten. Of het nu gaat om precisiemechanische componenten of grote industriële apparatuur, reactie-gesinterde siliciumcarbidekeramiek kan nauwkeurig voldoen aan ontwerpeisen, vervolgstappen verminderen, de productie-efficiëntie verbeteren en ook materiaalverlies en kostenstijgingen als gevolg van de verwerking verminderen.
3. Hoge mate van materiaalverdichting: Door de reactieomstandigheden redelijk te beheersen, kan reactiesintering een hoge mate van verdichting van siliciumcarbidekeramiek bereiken. De dichte structuur verleent het materiaal uitstekende mechanische eigenschappen, zoals een hoge buigsterkte en druksterkte, waardoor de structurele integriteit behouden blijft onder aanzienlijke externe krachten. Tegelijkertijd verbetert de dichte structuur ook de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van het materiaal, waardoor het stabiel kan functioneren in zware werkomgevingen en de levensduur wordt verlengd.
4. Goede chemische stabiliteit: Reactiegesinterd siliciumcarbidekeramiek is uitstekend bestand tegen sterke zuren en gesmolten metalen. In industrieën zoals de chemische en metallurgische industrie komt apparatuur vaak in contact met diverse corrosieve media. Reactiegesinterd siliciumcarbidekeramiek is effectief bestand tegen erosie van deze media, garandeert de normale werking van de apparatuur, verlaagt de onderhouds- en vervangingskosten en verbetert de continuïteit en stabiliteit van de productie.
Breed toepasbaar in diverse vakgebieden
Dankzij deze voordelen wordt reactiegesinterd siliciumcarbidekeramiek veelvuldig gebruikt in diverse sectoren. In ovenapparatuur met hoge temperaturen is het bestand tegen hoge temperaturen en garandeert het een efficiënte werking van ovens. In warmtewisselaars maken hun uitstekende thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid ze een ideale materiaalkeuze. In milieubeschermende apparatuur, zoals ontzwavelingssproeiers, is het bestand tegen erosie door corrosieve media en garandeert het een stabiele werking op lange termijn. Daarnaast speelt reactiegesinterd siliciumcarbidekeramiek ook een belangrijke rol in hoogwaardige sectoren zoals zonne-energie en de lucht- en ruimtevaart.
Reactiegesinterde siliciumcarbidekeramiek neemt een belangrijke positie in binnen de siliciumcarbidekeramiekfamilie vanwege zijn unieke voordelen. Met de voortdurende technologische vooruitgang en continue procesoptimalisatie wordt verwacht dat reactiegesinterde siliciumcarbidekeramiek zijn uitstekende prestaties in meer sectoren zal bewijzen en een sterke materiële ondersteuning zal bieden voor de ontwikkeling van diverse industrieën.
Plaatsingstijd: 13 juni 2025