In het brede veld van de materiaalkunde zijn siliciumcarbidekeramieken uitgegroeid tot de lieveling van vele hightech-sectoren vanwege hun uitstekende eigenschappen, zoals hoge hardheid, hoge sterkte, goede thermische stabiliteit en chemische stabiliteit. Van de ruimtevaart tot de halfgeleiderindustrie, van elektrische voertuigen tot industriële machines, siliciumcarbidekeramiek speelt een onmisbare rol. Bij de bereiding van siliciumcarbidekeramiek is de sintermethode een cruciale factor die de eigenschappen en het toepassingsgebied bepaalt. Vandaag duiken we in het sinterproces van siliciumcarbide en richten we ons op de unieke voordelen van reactiesinteren.siliciumcarbidekeramiek.
Gangbare sintermethoden voor siliciumcarbide
Er bestaan diverse sintermethoden voor siliciumcarbide, elk met zijn eigen unieke principes en kenmerken.
1. Warmperssinteren: Bij deze sintermethode wordt siliciumcarbidepoeder in een mal geplaatst en onder bepaalde druk verhit, waardoor het vorm- en sinterproces gelijktijdig plaatsvindt. Met warmperssinteren kunnen dichte siliciumcarbidekeramieken worden verkregen bij relatief lage temperaturen en in korte tijd, met een fijne korrelgrootte en goede mechanische eigenschappen. De apparatuur voor warmperssinteren is echter complex, de matrijs is duur, de eisen aan het productieproces zijn streng en er kunnen slechts eenvoudig gevormde onderdelen worden geproduceerd, wat resulteert in een lage productie-efficiëntie en de grootschalige toepassing ervan enigszins beperkt.
2. Sinteren onder atmosferische druk: Sinteren onder atmosferische druk is het proces van verdichtingssinteren van siliciumcarbide door het te verhitten tot 2000-2150 ℃ onder atmosferische druk en inerte atmosfeer, met toevoeging van geschikte sinterhulpmiddelen. Het is onderverdeeld in twee processen: sinteren in vaste toestand en sinteren in vloeibare fase. Sinteren in vaste toestand kan een hoge dichtheid van siliciumcarbide opleveren, zonder glasfase tussen de kristallen, en uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen; sinteren in vloeibare fase heeft als voordelen een lagere sintertemperatuur, een kleinere korrelgrootte en een verbeterde buigsterkte en breuktaaiheid van het materiaal. Sinteren onder atmosferische druk kent geen beperkingen wat betreft productvorm en -grootte, lage productiekosten en uitstekende algehele materiaaleigenschappen, maar de sintertemperatuur en het energieverbruik zijn hoog.
3. Reactiesinteren: Reactiesinteren van siliciumcarbide werd voor het eerst voorgesteld door P. Popper in de jaren 1950. Het proces omvat het mengen van een koolstofbron en siliciumcarbidepoeder, en het bereiden van het groene lichaam door middel van methoden zoals spuitgieten, droogpersen of koud-isostatisch persen. Vervolgens wordt het blok onder vacuüm of inerte atmosfeer verhit tot boven de 1500 ℃, waarbij het vaste silicium smelt tot vloeibaar silicium. Dit vloeibare silicium dringt door capillaire werking de poriën in het blok binnen. Vloeibaar silicium of siliciumdamp ondergaat een chemische reactie met C in het groene lichaam, en het in situ gevormde β-SiC combineert met de oorspronkelijke SiC-deeltjes in het groene lichaam om reactiegesinterd siliciumcarbidekeramisch materiaal te vormen.
Voordelen van reactiesinteren van siliciumcarbidekeramiek
Vergeleken met andere sintermethoden hebben reactiegesinterde siliciumcarbidekeramieken veel belangrijke voordelen:
1. Lage sintertemperatuur en beheersbare kosten: De reactietemperatuur bij het sinteren ligt doorgaans lager dan de temperatuur bij het sinteren onder atmosferische druk, waardoor het energieverbruik en de hoge eisen aan de temperatuurbestendigheid van de sinterapparatuur aanzienlijk worden verlaagd. Een lagere sintertemperatuur betekent lagere onderhoudskosten voor de apparatuur en een lager energieverbruik tijdens het productieproces, wat de productiekosten effectief verlaagt. Dit geeft reactiegesinterd siliciumcarbide keramiek aanzienlijke economische voordelen bij grootschalige productie.
2. Vorming vrijwel op de uiteindelijke grootte, geschikt voor complexe structuren: Tijdens het reactiesinterproces 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 precisie-mechanische componenten of grote onderdelen voor industriële apparatuur, reactiesinteren van siliciumcarbidekeramiek kan nauwkeurig voldoen aan de ontwerpvereisten, het aantal nabewerkingsstappen verminderen, de productie-efficiëntie verbeteren en tevens materiaalverlies en kostenstijgingen als gevolg van de verwerking beperken.
3. Hoge mate van materiaaldichtheid: Door de reactieomstandigheden op een verstandige manier te beheersen, kan reactiesinteren een hoge mate van dichtheid van siliciumcarbidekeramiek bereiken. De dichte structuur geeft het materiaal uitstekende mechanische eigenschappen, zoals een hoge buigsterkte en druksterkte, waardoor het zijn structurele integriteit behoudt onder aanzienlijke externe krachten. Tegelijkertijd verbetert de dichte structuur ook de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van het materiaal, waardoor het stabiel kan functioneren in zware werkomstandigheden en de levensduur wordt verlengd.
4. Goede chemische stabiliteit: Reactiegesinterd siliciumcarbidekeramiek heeft een uitstekende weerstand 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 kan de erosie door deze media effectief weerstaan, de normale werking van de apparatuur garanderen, onderhouds- en vervangingskosten verlagen en de productiecontinuïteit en -stabiliteit verbeteren.
Breed toepasbaar in diverse vakgebieden.
Dankzij deze voordelen worden reactiegesinterde siliciumcarbidekeramieken veelvuldig gebruikt in diverse sectoren. In de wereld van hogetemperatuurovens zijn ze bestand tegen hoge temperaturen en garanderen ze een efficiënte werking van de ovens. In warmtewisselaars maken hun uitstekende thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid ze een ideale materiaalkeuze. In milieubeschermingsapparatuur, zoals ontzwavelingsmondstukken, zijn ze bestand tegen corrosieve media en zorgen ze voor een stabiele werking op lange termijn. Daarnaast spelen reactiegesinterde siliciumcarbidekeramieken ook een belangrijke rol in hoogwaardige sectoren zoals de fotovoltaïsche industrie en de lucht- en ruimtevaart.
Reactiegesinterde siliciumcarbidekeramiek neemt een belangrijke positie in binnen de siliciumcarbidekeramiekfamilie vanwege de unieke voordelen. Met de voortdurende technologische vooruitgang en de continue optimalisatie van processen zal reactiegesinterde siliciumcarbidekeramiek naar verwachting zijn uitstekende prestaties in steeds meer toepassingsgebieden bewijzen en een sterke materiële ondersteuning bieden voor de ontwikkeling van diverse industrieën.
Geplaatst op: 13 juni 2025