В обширной области материаловедения керамика из карбида кремния стала «любимицей» многих высокотехнологичных областей благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая твердость, высокая прочность, хорошая термическая стабильность и химическая стабильность. От аэрокосмической отрасли до производства полупроводников, от новых энергетических транспортных средств до промышленного оборудования керамика из карбида кремния играет незаменимую роль. В процессе приготовления керамики из карбида кремния метод спекания является ключевым фактором, определяющим ее свойства и область применения. Сегодня мы углубимся в процесс спекания карбида кремния и сосредоточимся на изучении уникальных преимуществ реакционно-спеченногоКерамика из карбида кремния.
Распространенные методы спекания карбида кремния
Существуют различные методы спекания карбида кремния, каждый из которых имеет свои уникальные принципы и характеристики.
1. Спекание горячим прессованием: этот метод спекания включает в себя размещение порошка карбида кремния в форме, приложение определенного давления при нагревании для одновременного завершения процессов формования и спекания. Спекание горячим прессованием позволяет получить плотную керамику из карбида кремния при относительно низких температурах и в короткие сроки, с мелким размером зерна и хорошими механическими свойствами. Однако оборудование для спекания горячим прессованием является сложным, стоимость формы высока, требования к производственному процессу строгие, и можно изготавливать только простые по форме детали, что приводит к низкой эффективности производства, что в некоторой степени ограничивает его широкомасштабное применение.
2. Спекание при атмосферном давлении: Спекание при атмосферном давлении - это процесс уплотнения карбида кремния путем нагревания его до 2000-2150 ℃ при атмосферном давлении и условиях инертной атмосферы с добавлением соответствующих спекающих добавок. Он делится на два процесса: твердофазное спекание и жидкофазное спекание. Твердофазное спекание позволяет достичь высокой плотности карбида кремния, без стеклянной фазы между кристаллами и превосходных высокотемпературных механических свойств; Жидкофазное спекание имеет преимущества более низкой температуры спекания, меньшего размера зерна и улучшенной прочности материала на изгиб и вязкости разрушения. Спекание при атмосферном давлении не имеет ограничений по форме и размеру продукта, низкие производственные затраты и превосходные комплексные свойства материала, но температура спекания высока, а потребление энергии велико.
3. Реакционное спекание: Реакционно-спеченный карбид кремния был впервые предложен П. Поппером в 1950-х годах. Процесс включает смешивание источника углерода и порошка карбида кремния и подготовку сырого тела такими методами, как литье под давлением, сухое прессование или холодное изостатическое прессование. Затем заготовку нагревают до температуры выше 1500 ℃ в вакууме или инертной атмосфере, после чего твердый кремний плавится в жидкий кремний, который проникает в заготовку, содержащую поры, посредством капиллярного действия. Жидкий кремний или пары кремния вступают в химическую реакцию с C в сыром теле, и in situ образованный β – SiC объединяется с исходными частицами SiC в сыром теле, образуя реакционно-спеченные керамические материалы из карбида кремния.
Преимущества реакционного спекания керамики на основе карбида кремния
По сравнению с другими методами спекания реакционно-спеченная керамика из карбида кремния имеет ряд существенных преимуществ:
1. Низкая температура спекания и контролируемая стоимость: Температура реакционного спекания обычно ниже температуры атмосферного спекания, что значительно снижает потребление энергии и требования к высокотемпературным характеристикам оборудования для спекания. Более низкая температура спекания означает более низкие затраты на техническое обслуживание оборудования и снижение потребления энергии в процессе производства, что эффективно снижает производственные затраты. Это делает керамику из карбида кремния, полученную путем реакционного спекания, существенно экономически выгодной в крупномасштабном производстве.
2. Формовка близкого к чистому размеру, подходит для сложных структур: в процессе реакционного спекания материал практически не подвергается объемной усадке. Эта характеристика делает его особенно подходящим для изготовления крупногабаритных, сложных по форме структурных компонентов. Будь то прецизионные механические компоненты или крупные компоненты промышленного оборудования, керамика из карбида кремния, полученная реакцией спекания, может точно соответствовать требованиям дизайна, сокращать последующие этапы обработки, повышать эффективность производства, а также сокращать потери материала и рост затрат, вызванных обработкой.
3. Высокая степень уплотнения материала: разумно контролируя условия реакции, реакционное спекание может достичь высокой степени уплотнения керамики из карбида кремния. Плотная структура наделяет материал превосходными механическими свойствами, такими как высокая прочность на изгиб и прочность на сжатие, что позволяет ему сохранять структурную целостность при значительных внешних нагрузках. В то же время плотная структура также повышает износостойкость и коррозионную стойкость материала, что позволяет ему стабильно работать в суровых рабочих условиях и продлевает срок его службы.
4. Хорошая химическая стабильность: Реакционно-спеченная керамика из карбида кремния обладает превосходной устойчивостью к сильным кислотам и расплавленным металлам. В таких отраслях, как химическая и металлургическая, оборудование часто должно контактировать с различными едкими средами. Реакционно-спеченная керамика из карбида кремния может эффективно противостоять эрозии этих сред, обеспечивать нормальную работу оборудования, снижать затраты на техническое обслуживание и замену, а также улучшать непрерывность и стабильность производства.
Широко применяется в различных областях
Благодаря этим преимуществам керамика из реакционно-спеченного карбида кремния широко используется во многих областях. В области высокотемпературного печного оборудования она может выдерживать высокотемпературные среды и обеспечивать эффективную работу печей; В теплообменниках ее превосходная теплопроводность и коррозионная стойкость делают ее идеальным выбором материала; В оборудовании для защиты окружающей среды, таком как сопла для десульфурации, она может противостоять эрозии коррозионных сред и обеспечивать долгосрочную стабильную работу оборудования. Кроме того, керамика из реакционно-спеченного карбида кремния также играет важную роль в таких высокотехнологичных областях, как фотоэлектричество и аэрокосмическая промышленность.
Керамика из карбида кремния, полученная реакцией, занимает важное место в семействе керамики из карбида кремния благодаря своим уникальным преимуществам. С постоянным развитием технологий и постоянной оптимизацией процессов считается, что керамика из карбида кремния, полученная реакцией, продемонстрирует свои превосходные характеристики в большем количестве областей, обеспечивая надежную материальную поддержку для развития различных отраслей промышленности.
Время публикации: 13 июня 2025 г.