Inom det stora området materialvetenskap har kiselkarbidkeramik blivit "älsklingen" inom många högteknologiska områden tack vare sina utmärkta egenskaper som hög hårdhet, hög hållfasthet, god termisk stabilitet och kemisk stabilitet. Från flyg- och rymdindustrin till halvledartillverkning, från nya energifordon till industrimaskiner, spelar kiselkarbidkeramik en oumbärlig roll. I framställningsprocessen för kiselkarbidkeramik är sintringsmetoden den viktigaste faktorn som bestämmer dess egenskaper och användningsområde. Idag ska vi fördjupa oss i sintringsprocessen för kiselkarbid och fokusera på att utforska de unika fördelarna med reaktionssintring.kiselkarbidkeramik.
Vanliga sintringsmetoder för kiselkarbid
Det finns olika sintringsmetoder för kiselkarbid, var och en med sina egna unika principer och egenskaper.
1. Varmpresssintring: Denna sintringsmetod innebär att kiselkarbidpulver placeras i en form, appliceras ett visst tryck under uppvärmning, för att slutföra formnings- och sintringsprocesserna samtidigt. Varmpresssintring kan erhålla täta kiselkarbidkeramikprodukter vid relativt låga temperaturer och på kort tid, med fin kornstorlek och goda mekaniska egenskaper. Emellertid är varmpresssintringsutrustningen komplex, formkostnaden är hög, produktionsprocessens krav är strikta och endast enkla formade delar kan framställas, vilket resulterar i låg produktionseffektivitet, vilket i viss mån begränsar dess storskaliga tillämpning.
2. Sintring vid atmosfärstryck: Sintring vid atmosfärstryck är processen för förtätningssintring av kiselkarbid genom uppvärmning till 2000-2150 ℃ under atmosfärstryck och inerta atmosfärsförhållanden, genom att tillsätta lämpliga sintringshjälpmedel. Den är uppdelad i två processer: fastfassintring och flytande fassintring. Fastfassintring kan uppnå hög densitet av kiselkarbid, utan glasfas mellan kristallerna, och utmärkta mekaniska egenskaper vid höga temperaturer. Flytande fassintring har fördelarna med lägre sintringstemperatur, mindre kornstorlek och förbättrad materialböjhållfasthet och brottseghet. Sintring vid atmosfärstryck har inga begränsningar för produktform och storlek, låga produktionskostnader och utmärkta omfattande materialegenskaper, men sintringstemperaturen är hög och energiförbrukningen är hög.
3. Reaktionssintring: Reaktionssintrad kiselkarbid föreslogs först av P. Popper på 1950-talet. Processen innebär att man blandar kolkälla och kiselkarbidpulver, och att man förbereder råmaterialet genom metoder som formsprutning, torrpressning eller kall isostatisk pressning. Därefter värms ämnet upp till över 1500 ℃ under vakuum eller inert atmosfär, varvid det fasta kislet smälter till flytande kisel, som infiltrerar ämnet som innehåller porer genom kapillärverkan. Flytande kisel eller kiselånga genomgår en kemisk reaktion med C i råmaterialet, och det in-situ genererade β-SiC kombineras med de ursprungliga SiC-partiklarna i råmaterialet för att bilda reaktionssintrade kiselkarbidkeramikmaterial.
Fördelar med reaktionssintring av kiselkarbidkeramik
Jämfört med andra sintringsmetoder har reaktionssintrad kiselkarbidkeramik många betydande fördelar:
1. Låg sintringstemperatur och kontrollerbar kostnad: Reaktionssintringstemperaturen är vanligtvis lägre än den atmosfäriska sintringstemperaturen, vilket kraftigt minskar energiförbrukningen och kraven på höga temperaturprestanda för sintringsutrustning. En lägre sintringstemperatur innebär lägre underhållskostnader för utrustningen och minskad energiförbrukning under produktionsprocessen, vilket effektivt minskar produktionskostnaderna. Detta gör att reaktionssintrade kiselkarbidkeramikprodukter har betydande ekonomiska fördelar vid storskalig produktion.
2. Formning nära nettostorlek, lämplig för komplexa strukturer: Under reaktionssintringsprocessen krymper materialet knappt i volym. Denna egenskap gör det särskilt lämpligt för framställning av stora, komplext formade strukturkomponenter. Oavsett om det är precisionsmekaniska komponenter eller stora industriella utrustningskomponenter kan reaktionssintrade kiselkarbidkeramikprodukter exakt uppfylla designkrav, minska efterföljande bearbetningssteg, förbättra produktionseffektiviteten och även minska materialförlust och kostnadsökningar orsakade av bearbetning.
3. Hög grad av materialförtätning: Genom att rimligt kontrollera reaktionsförhållandena kan reaktionssintring uppnå en hög grad av förtätning av kiselkarbidkeramik. Den täta strukturen ger materialet utmärkta mekaniska egenskaper, såsom hög böjhållfasthet och tryckhållfasthet, vilket gör att det kan bibehålla strukturell integritet även under betydande yttre krafter. Samtidigt förbättrar den täta strukturen materialets slitstyrka och korrosionsbeständighet, vilket gör att det kan fungera stabilt i tuffa arbetsmiljöer och förlänga dess livslängd.
4. God kemisk stabilitet: Reaktionssintrade kiselkarbidkeramikmaterial har utmärkt motståndskraft mot starka syror och smälta metaller. Inom kemisk och metallurgisk industri behöver utrustning ofta komma i kontakt med olika korrosiva medier. Reaktionssintrade kiselkarbidkeramikmaterial kan effektivt motstå erosionen från dessa medier, säkerställa utrustningens normala drift, minska underhålls- och utbyteskostnader och förbättra produktionskontinuiteten och stabiliteten.
Brett tillämpbar inom olika områden
Med dessa fördelar har reaktionssintrad kiselkarbidkeramik använts i stor utsträckning inom många områden. Inom högtemperaturugnsutrustning kan den motstå högtemperaturmiljöer och säkerställa effektiv drift av ugnar. I värmeväxlare gör deras utmärkta värmeledningsförmåga och korrosionsbeständighet dem till ett idealiskt materialval. I miljöskyddsutrustning som avsvavlingsmunstycken kan den motstå erosion av korrosiva medier och säkerställa långsiktig stabil drift av utrustningen. Dessutom spelar reaktionssintrad kiselkarbidkeramik också en viktig roll inom avancerade områden som solceller och flyg- och rymdteknik.
Reaktionssintrade kiselkarbidkeramikprodukter intar en viktig position i kiselkarbidfamiljen på grund av deras unika fördelar. Med kontinuerliga tekniska framsteg och kontinuerlig optimering av processer tros det att reaktionssintrade kiselkarbidkeramikprodukter kommer att visa upp sina utmärkta prestanda inom fler områden och ge starkt materialstöd för utvecklingen av olika industrier.
Publiceringstid: 13 juni 2025