Siliciumcarbide (SiC) keramiekZe zijn uitgegroeid tot het kernmateriaal in de sector van hittebestendige structurele keramiek vanwege hun lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge thermische geleidbaarheid, hoge hardheid en uitstekende thermische en chemische stabiliteit. Ze worden veelvuldig gebruikt in belangrijke sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, kernenergie, defensie en halfgeleiders.
De extreem sterke covalente bindingen en de lage diffusiecoëfficiënt van SiC maken de verdichting ervan echter lastig. Om dit probleem op te lossen, heeft de industrie verschillende sintertechnologieën ontwikkeld. SiC-keramiek dat met verschillende technologieën wordt geproduceerd, vertoont aanzienlijke verschillen in microstructuur, eigenschappen en toepassingsmogelijkheden. Hieronder volgt een analyse van de belangrijkste kenmerken van vijf gangbare siliciumcarbidekeramieken.
1. Niet-drukgesinterde SiC-keramiek (S-SiC)
Belangrijkste voordelen: Geschikt voor diverse vormprocessen, lage kosten, niet beperkt door vorm en grootte, het is de eenvoudigste sintermethode voor massaproductie. Door boor en koolstof toe te voegen aan β-SiC met sporen zuurstof en dit te sinteren onder een inerte atmosfeer bij ongeveer 2000 ℃, kan een gesinterd materiaal met een theoretische dichtheid van 98% worden verkregen. Er zijn twee processen: vaste fase en vloeibare fase. De vaste fase heeft een hogere dichtheid en zuiverheid, evenals een hoge thermische geleidbaarheid en hoge temperatuurbestendigheid.
Typische toepassingen: Massaproductie van slijtvaste en corrosiebestendige afdichtingsringen en glijlagers; vanwege de hoge hardheid, lage soortelijke massa en goede ballistische eigenschappen wordt het veel gebruikt als kogelwerend pantser voor voertuigen en schepen, evenals voor de bescherming van kluizen en geldtransportwagens. De weerstand tegen meerdere inslagen is superieur aan die van gewoon SiC-keramiek, en het breekpunt van cilindrisch lichtgewicht beschermend pantser kan een belasting van meer dan 65 ton bereiken.
2. Reactiegesinterde SiC-keramiek (RB SiC)
Kernvoordelen: Uitstekende mechanische eigenschappen, hoge sterkte, corrosiebestendigheid en oxidatiebestendigheid; lage sintertemperatuur en -kosten, waardoor producten met een afmeting die dicht bij de uiteindelijke afmetingen ligt, gevormd kunnen worden. Het proces omvat het mengen van een koolstofbron met SiC-poeder om een staaf te produceren. Bij hoge temperaturen dringt gesmolten silicium de staaf binnen en reageert met koolstof tot β-SiC, dat zich combineert met het oorspronkelijke α-SiC en de poriën vult. De afmetingsverandering tijdens het sinteren is gering, waardoor het geschikt is voor de industriële productie van producten met complexe vormen.
Typische toepassingen: Ovens voor hoge temperaturen, stralingsbuizen, warmtewisselaars, ontzwavelingsmondstukken; Dankzij de lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge elasticiteitsmodulus en bijna-vormvaste eigenschappen is het een ideaal materiaal voor ruimtereflectoren; Het kan ook kwartsglas vervangen als ondersteunend materiaal voor elektronische buizen en apparatuur voor de productie van halfgeleiderchips.
3. Warmgeperste gesinterde SiC-keramiek (HP SiC)
Kernvoordeel: Synchroon sinteren onder hoge temperatuur en hoge druk zorgt ervoor dat het poeder thermoplastisch is, wat het massatransportproces bevordert. Hierdoor kunnen producten met fijne korrels, een hoge dichtheid en goede mechanische eigenschappen worden geproduceerd bij lagere temperaturen en in een kortere tijd, en kan een volledige dichtheid en een bijna zuivere sintertoestand worden bereikt.
Typische toepassing: Oorspronkelijk gebruikt als kogelwerend vest voor Amerikaanse helikopterbemanningen tijdens de Vietnamoorlog, werd de pantsermarkt vervangen door warmgeperst boorcarbide; tegenwoordig wordt het vooral gebruikt in hoogwaardige toepassingen, zoals sectoren met extreem hoge eisen aan samenstelling, zuiverheid en dichtheid, evenals in slijtvaste toepassingen en de nucleaire industrie.
4. Geherkristalliseerde SiC-keramiek (R-SiC)
Kernvoordeel: Er hoeven geen sinterhulpmiddelen te worden toegevoegd. Het is een gangbare methode voor de productie van ultrazuivere en grote SiC-componenten. Het proces omvat het mengen van grove en fijne SiC-poeders in de juiste verhouding en het vormen ervan, waarna ze in een inerte atmosfeer bij 2200-2450 °C worden gesinterd. Fijne deeltjes verdampen en condenseren op het contactvlak tussen de grove deeltjes, waardoor keramiek ontstaat met een hardheid die alleen onderdoet voor die van diamant. SiC behoudt een hoge sterkte bij hoge temperaturen, corrosiebestendigheid, oxidatiebestendigheid en thermische schokbestendigheid.
Typische toepassingen: Ovenmeubilair voor hoge temperaturen, warmtewisselaars, verbrandingsmondstukken; in de lucht- en ruimtevaart en militaire sector wordt het gebruikt voor de productie van structurele onderdelen van ruimtevaartuigen, zoals motoren, staartvinnen en rompdelen, wat de prestaties en levensduur van de apparatuur kan verbeteren.
5. Siliciumgeïnfiltreerde SiC-keramiek (SiSiC)
Belangrijkste voordelen: Uitermate geschikt voor industriële productie, met een korte sintertijd, lage temperatuur, volledig dicht en niet-vervormd, samengesteld uit een SiC-matrix en een geïnfiltreerde Si-fase, onderverdeeld in twee processen: vloeistofinfiltratie en gasinfiltratie. De laatste is duurder, maar biedt een betere dichtheid en uniformiteit van het vrije silicium.
Typische toepassingen: de lage porositeit, goede luchtdichtheid en lage weerstand dragen bij aan het elimineren van statische elektriciteit, waardoor het geschikt is voor de productie van grote, complexe of holle onderdelen. Het wordt veel gebruikt in halfgeleiderverwerkingsapparatuur. Dankzij de hoge elasticiteitsmodulus, het lichte gewicht, de hoge sterkte en de uitstekende luchtdichtheid is het een favoriet hoogwaardig materiaal in de ruimtevaart, dat bestand is tegen de belastingen in de ruimte en de nauwkeurigheid en veiligheid van apparatuur garandeert.
Geplaatst op: 2 september 2025