Innenfor det store feltet materialvitenskap har silisiumkarbidkeramikk blitt «kjæresten» til mange høyteknologiske felt på grunn av sine utmerkede egenskaper som høy hardhet, høy styrke, god termisk stabilitet og kjemisk stabilitet. Fra luftfart til halvlederproduksjon, fra nye energikjøretøyer til industrimaskiner, spiller silisiumkarbidkeramikk en uunnværlig rolle. I fremstillingsprosessen av silisiumkarbidkeramikk er sintringsmetoden nøkkelfaktoren som bestemmer dens egenskaper og bruksområde. I dag skal vi dykke ned i sintringsprosessen til silisiumkarbid og fokusere på å utforske de unike fordelene med reaksjonssintring.silisiumkarbidkeramikk.
Vanlige sintringsmetoder for silisiumkarbid
Det finnes ulike sintringsmetoder for silisiumkarbid, hver med sine egne unike prinsipper og egenskaper.
1. Varmpressing: Denne sintringsmetoden innebærer å plassere silisiumkarbidpulver i en form, påføre et visst trykk under oppvarming, for å fullføre støpe- og sintringsprosessene samtidig. Varmpressing kan oppnå tett silisiumkarbidkeramikk ved relativt lave temperaturer og på kort tid, med fin kornstørrelse og gode mekaniske egenskaper. Imidlertid er varmpressingsintringsutstyret komplekst, formkostnadene er høye, kravene til produksjonsprosessen er strenge, og bare enkle formede deler kan fremstilles, noe som resulterer i lav produksjonseffektivitet, noe som til en viss grad begrenser storskala anvendelse.
2. Sintring under atmosfæretrykk: Sintring under atmosfæretrykk er prosessen med fortetningssintring av silisiumkarbid ved å varme det opp til 2000–2150 ℃ under atmosfæretrykk og inerte atmosfæreforhold, ved å tilsette passende sintringshjelpemidler. Den er delt inn i to prosesser: fastfasesintring og væskefasesintring. Fastfasesintring kan oppnå høy tetthet av silisiumkarbid, uten glassfase mellom krystallene, og utmerkede mekaniske egenskaper ved høy temperatur. Væskefasesintring har fordelene med lavere sintringstemperatur, mindre kornstørrelse og forbedret materialets bøyningsstyrke og bruddseighet. Sintring under atmosfæretrykk har ingen begrensninger på produktform og -størrelse, lave produksjonskostnader og utmerkede omfattende materialegenskaper, men sintringstemperaturen er høy og energiforbruket er høyt.
3. Reaksjonsintring: Reaksjonssintret silisiumkarbid ble først foreslått av P. Popper på 1950-tallet. Prosessen innebærer å blande karbonkilde og silisiumkarbidpulver, og forberede det grønne legemet gjennom metoder som sprøytestøping, tørrpressing eller kalde isostatiske pressinger. Deretter varmes barren opp til over 1500 ℃ under vakuum eller inert atmosfære, hvorved det faste silisiumet smelter til flytende silisium, som infiltrerer barren som inneholder porer gjennom kapillærvirkning. Flytende silisium eller silisiumdamp gjennomgår en kjemisk reaksjon med C i det grønne legemet, og det in-situ genererte β-SiC kombineres med de opprinnelige SiC-partiklene i det grønne legemet for å danne reaksjonssintrede silisiumkarbidkeramiske materialer.
Fordeler med reaksjonssintring av silisiumkarbidkeramikk
Sammenlignet med andre sintringsmetoder har reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk mange betydelige fordeler:
1. Lav sintringstemperatur og kontrollerbare kostnader: Reaksjonssintringstemperaturen er vanligvis lavere enn den atmosfæriske sintringstemperaturen, noe som reduserer energiforbruket og kravene til høy temperaturytelse for sintringsutstyr betraktelig. En lavere sintringstemperatur betyr lavere vedlikeholdskostnader for utstyret og redusert energiforbruk under produksjonsprosessen, noe som effektivt reduserer produksjonskostnadene. Dette gjør at reaksjonssintrede silisiumkarbidkeramikk har betydelige økonomiske fordeler i storskala produksjon.
2. Forming til nesten netto størrelse, egnet for komplekse strukturer: Under reaksjonssintringsprosessen krymper materialet knapt i volum. Denne egenskapen gjør det spesielt egnet for fremstilling av store, komplekse strukturelle komponenter. Enten det er presisjonsmekaniske komponenter eller store industrielt utstyrskomponenter, kan reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk nøyaktig oppfylle designkrav, redusere påfølgende prosesseringstrinn, forbedre produksjonseffektiviteten og også redusere materialtap og kostnadsøkning forårsaket av prosessering.
3. Høy grad av materialfortettelse: Ved å kontrollere reaksjonsbetingelsene på en rimelig måte kan reaksjonssintring oppnå en høy grad av fortettelse av silisiumkarbidkeramikk. Den tette strukturen gir materialet utmerkede mekaniske egenskaper, som høy bøyestyrke og trykkfasthet, noe som gjør at det kan opprettholde strukturell integritet under betydelige ytre krefter. Samtidig forbedrer den tette strukturen også materialets slitestyrke og korrosjonsmotstand, slik at det kan operere stabilt i tøffe arbeidsmiljøer og forlenge levetiden.
4. God kjemisk stabilitet: Reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk har utmerket motstand mot sterke syrer og smeltede metaller. I kjemisk og metallurgisk industri må utstyr ofte komme i kontakt med ulike korrosive medier. Reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk kan effektivt motstå erosjon av disse mediene, sikre normal drift av utstyr, redusere vedlikeholds- og utskiftingskostnader og forbedre produksjonskontinuitet og stabilitet.
Bredt anvendelig på ulike felt
Med disse fordelene har reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk blitt mye brukt på mange felt. Innen høytemperaturovnsutstyr kan det tåle høye temperaturer og sikre effektiv drift av ovner. I varmevekslere gjør deres utmerkede varmeledningsevne og korrosjonsmotstand dem til et ideelt materialvalg. I miljøvernutstyr som avsvovlingsdyser kan det motstå erosjon av korrosive medier og sikre langsiktig stabil drift av utstyret. I tillegg spiller reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk også en viktig rolle innen avanserte felt som solcellepanel og luftfart.
Reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk inntar en viktig posisjon i silisiumkarbid-keramikkfamilien på grunn av sine unike fordeler. Med kontinuerlig teknologisk utvikling og kontinuerlig optimalisering av prosesser antas det at reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk vil demonstrere sin utmerkede ytelse på flere felt, og gi sterk materialstøtte for utviklingen av ulike industrier.
Publisert: 13. juni 2025