Специјализоване технике припреме силицијум карбидне керамике

Силицијум карбид (СиЦ) керамикаматеријали поседују низ одличних својстава, укључујући чврстоћу на високим температурама, јаку отпорност на оксидацију, супериорну отпорност на хабање, термичку стабилност, низак коефицијент топлотног ширења, високу топлотну проводљивост, високу тврдоћу, отпорност на термички удар и отпорност на хемијску корозију. Ове карактеристике чине СиЦ керамику све применљивијом у различитим областима као што су аутомобилска, машинска и хемијска индустрија, заштита животне средине, свемирска технологија, информациона електроника и енергија.СиЦ керамикасу постали незаменљиви структурални керамички материјал у многим индустријским секторима због својих изванредних перформанси.

Које су структурне карактеристике које побољшавајуСиЦ Церамицс?

Врхунске особинеСиЦ керамикасу уско повезани са њиховом јединственом структуром. СиЦ је једињење са веома јаким ковалентним везама, где је јонски карактер Си-Ц везе само око 12%. Ово резултира високом чврстоћом и великим модулом еластичности, пружајући одличну отпорност на хабање. Чисти СиЦ не кородирају кисели раствори као што су ХЦл, ХНО3, Х2СО4 или ХФ, нити алкални раствори као што је НаОХ. Иако има тенденцију да оксидира када се загреје на ваздуху, формирање слоја СиО2 на површини инхибира даљу дифузију кисеоника, чиме се одржава ниска брзина оксидације. Поред тога, СиЦ показује полупроводничка својства, са добром електричном проводљивошћу када се уносе мале количине нечистоћа, и одличном топлотном проводљивошћу.

Како различити кристални облици СиЦ утичу на његова својства?

СиЦ постоји у два главна кристална облика: α и β. β-СиЦ има кубичну кристалну структуру, при чему Си и Ц формирају кубичне решетке усредсређене на лице. α-СиЦ постоји у преко 100 политипова, укључујући 4Х, 15Р и 6Х, при чему се 6Х најчешће користи у индустријским применама. Стабилност ових политипова варира у зависности од температуре. Испод 1600°Ц, СиЦ постоји у β облику, док се изнад 1600°Ц β-СиЦ постепено трансформише у различите α-СиЦ политипове. На пример, 4Х-СиЦ формира око 2000°Ц, док политипови 15Р и 6Х захтевају температуре изнад 2100°Ц да би се лако формирали. Политип 6Х остаје стабилан чак и изнад 2200°Ц. Мала разлика у слободној енергији између ових политипова значи да чак и мање нечистоће могу изменити њихове односе термичке стабилности.

Које су технике за производњу СиЦ прахова?

Припрема СиЦ прахова се може категорисати на синтезу у чврстој фази и синтезу у течној фази на основу почетног стања сировина.

Које су методе укључене у синтезу чврсте фазе? 

Синтеза у чврстој фази првенствено укључује карботермалну редукцију и директне реакције силицијум-угљеник. Метода карботермалне редукције обухвата Ачесонов процес, метод вертикалне пећи и метод високотемпературне ротационе пећи. Ачесонов процес, који је изумео Ачесон, укључује редукцију силицијум диоксида у кварцном песку угљеником у Ацхесон електричној пећи, покретан електрохемијском реакцијом под високом температуром и јаким електричним пољима. Ова метода, са историјом индустријске производње која траје више од једног века, даје релативно грубе честице СиЦ и има велику потрошњу енергије, од чега се велики део губи као топлота.

Током 1970-их, побољшања Ачесоновог процеса довела су до развоја у 1980-им, као што су вертикалне пећи и високотемпературне ротационе пећи за синтезу β-СиЦ праха, са даљим напретком у 1990-им. Охсаки ет ал. открили да гас СиО који се ослобађа загревањем мешавине СиО2 и Си праха реагује са активним угљем, са повећаном температуром и продуженим временом задржавања смањујући специфичну површину праха како се више гаса СиО ослобађа. Метода директне реакције силицијум-угљеник, примена синтезе на високој температури која се сама шири, укључује паљење реактантног тела спољним извором топлоте и коришћење топлоте хемијске реакције која се ослобађа током синтезе за одржавање процеса. Овај метод има ниску потрошњу енергије, једноставну опрему и процесе и високу продуктивност, иако је тешко контролисати реакцију. Слаба егзотермна реакција између силицијума и угљеника чини изазовом паљење и одржавање на собној температури, што захтева додатне изворе енергије као што су хемијске пећи, једносмерна струја, предгревање или помоћна електрична поља.

Како се СиЦ прах синтетише коришћењем метода течне фазе? 

Методе синтезе у течној фази укључују сол-гел и технике разлагања полимера. Евелл ет ал. први је предложио сол-гел метод, који је касније примењен на припрему керамике око 1952. Овај метод користи течне хемијске реагенсе за припрему алкоксидних прекурсора, који се растварају на ниским температурама да би се формирао хомогени раствор. Додавањем одговарајућих агенаса за желирање, алкоксид се подвргава хидролизи и полимеризацији да би се формирао стабилан сол систем. После дужег стајања или сушења, Си и Ц се једнолико мешају на молекуларном нивоу. Загревање ове смеше на 1460-1600°Ц индукује реакцију карботермалне редукције да би се добио фини СиЦ прах. Кључни параметри за контролу током сол-гел обраде укључују пХ раствора, концентрацију, температуру реакције и време. Ова метода олакшава хомогено додавање различитих компоненти у траговима, али има недостатке као што су резидуални хидроксилни и органски растварачи штетни по здравље, високи трошкови сировина и значајно скупљање током обраде.

Високотемпературно разлагање органских полимера је још један ефикасан метод за производњу СиЦ:

Загревање гел полисилоксана да би се разложили у мале мономере, на крају формирајући СиО2 и Ц, који се затим подвргавају карботермалној редукцији да би се добио СиЦ прах.

Загревање поликарбосилана да би се разложили у мале мономере, формирајући оквир који на крају резултира СиЦ прахом. Најновије сол-гел технике су омогућиле производњу сол/гел материјала на бази СиО2, обезбеђујући хомогену дистрибуцију адитива за синтеровање и каљење унутар гела, што олакшава формирање СиЦ керамичких прахова високих перформанси.

Зашто се синтеровање без притиска сматра обећавајућом техникомСиЦ Церамицс?

Синтеровање без притиска се сматра веома обећавајућим методом засинтеровање СиЦ. У зависности од механизма синтеровања, може се поделити на синтеровање у чврстој фази и синтеровање у течној фази. С. Проехазка је постигао релативну густину изнад 98% за СиЦ синтерована тела додавањем одговарајућих количина Б и Ц у ултра-фин β-СиЦ прах (са садржајем кисеоника испод 2%) и синтеровањем на 2020°Ц под нормалним притиском. А. Мулла и др. користио Ал2О3 и И2О3 као адитиве за синтеровање 0,5μм β-СиЦ (са малом количином СиО2 на површини честица) на 1850-1950°Ц, постижући релативну густину већу од 95% теоријске густине и финих зрна са просечним величине 1,5 μм.

Како се побољшава синтеровање врућом пресомСиЦ Церамицс?

Надеау је истакао да се чисти СиЦ може густо синтеровати само на екстремно високим температурама без икаквих помагала за синтеровање, што је многе навело да истраже синтеровање врућом пресом. Бројне студије су испитивале ефекте додавања Б, Ал, Ни, Фе, Цр и других метала на згушњавање СиЦ, при чему је утврђено да су Ал и Фе најефикаснији за промовисање синтеровања врућом пресом. Ф.Ф. Ланге је истраживао перформансе топлог преса синтерованог СиЦ са различитим количинама Ал2О3, приписујући згушњавање механизму растварања-репреципитације. Међутим, топло пресовање синтеровањем може да произведе само компоненте СиЦ једноставног облика, а количина производа у једном процесу синтеровања је ограничена, што га чини мање погодним за индустријску производњу.

Које су предности и ограничења реакционог синтеровања за СиЦ?

Реакционо синтеровани СиЦ, такође познат као самовезани СиЦ, укључује реаговање порозног зеленог тела са гасовитим или течним фазама да би се повећала маса, смањила порозност и синтеровао у јак, димензионално тачан производ. Процес укључује мешање α-СиЦ праха и графита у одређеном односу, загревање на око 1650°Ц и инфилтрацију зеленог тела са растопљеним Си или гасовитим Си, који реагује са графитом да би формирао β-СиЦ, везујући постојећи α-СиЦ честице. Потпуна инфилтрација Си доводи до потпуно густог, димензионално стабилног реакционо синтерованог тела. У поређењу са другим методама синтеровања, реакционо синтеровање укључује минималне промене димензија током згушњавања, омогућавајући производњу прецизних компоненти. Међутим, присуство значајне количине СиЦ у синтерованом телу доводи до лошијих перформанси при високим температурама.

Укратко,СиЦ керамикапроизведено синтеровањем без притиска, синтеровањем врућом пресом, врућим изостатским пресовањем и реакционим синтеровањем показују различите карактеристике перформанси.СиЦ керамикаод топлог пресовања и топлог изостатичког пресовања генерално имају веће густине синтеровања и чврстоће на савијање, док реакционо синтеровани СиЦ има релативно ниже вредности. Механичке особинеСиЦ керамикатакође варирају са различитим адитивима за синтеровање. Без притиска, врућа пресована и реакционо синтерованаСиЦ керамикапоказују добру отпорност на јаке киселине и базе, али реакцијски синтеровани СиЦ има лошију отпорност на корозију на јаке киселине као што је ХФ. У погледу перформанси на високим температурама, скоро свеСиЦ керамикапоказују побољшање чврстоће испод 900°Ц, док реакционо синтерована СиЦ чврстоћа на савијање нагло опада изнад 1400°Ц због присуства слободног Си. Високотемпературне перформансе безпритиског и топлог изостатског пресовањаСиЦ керамикапрвенствено зависи од врсте употребљених адитива.

Док сваки метод синтеровања заСиЦ керамикаима своје заслуге, брзи напредак технологије захтева стална побољшања уСиЦ керамикаперформансе, технике производње и смањење трошкова. Постизање нискотемпературног синтеровања одСиЦ керамикаје кључно за смањење потрошње енергије и трошкова производње, чиме се промовише индустријализацијаСиЦ керамикапроизводи.**

Ми у Семицорек-у смо специјализовани заСиЦ Церамицси других керамичких материјала који се примењују у производњи полупроводника, ако имате било каквих питања или су вам потребни додатни детаљи, не оклевајте да нас контактирате.

Контакт телефон: +86-13567891907

Емаил: салес@семицорек.цом