Mga Espesyal na Teknik sa Paghahanda para sa Silicon Carbide Ceramics

Silicon carbide (SiC) ceramicang mga materyales ay nagtataglay ng isang hanay ng mahusay na mga katangian, kabilang ang mataas na temperatura na lakas, malakas na oxidation resistance, superior wear resistance, thermal stability, mababang thermal expansion coefficient, mataas na thermal conductivity, mataas na tigas, thermal shock resistance, at chemical corrosion resistance. Dahil sa mga katangiang ito, ang SiC ceramics ay lalong nalalapat sa iba't ibang larangan tulad ng automotive, mekanikal at kemikal na mga industriya, proteksyon sa kapaligiran, teknolohiya sa espasyo, electronics ng impormasyon, at enerhiya.SiC keramikaay naging isang hindi maaaring palitan na structural ceramic na materyal sa maraming sektor ng industriya dahil sa kanilang natitirang pagganap.

Ano ang Mga Katangiang Pang-istruktura na NagpapahusaySiC Ceramics?

Ang mga nakahihigit na katangian ngSiC keramikaay malapit na nauugnay sa kanilang natatanging istraktura. Ang SiC ay isang tambalang may napakalakas na covalent bond, kung saan ang ionic na katangian ng Si-C bond ay halos 12%. Nagreresulta ito sa mataas na lakas at isang malaking elastic modulus, na nagbibigay ng mahusay na wear resistance. Ang purong SiC ay hindi nabubulok ng mga solusyon sa acid tulad ng HCl, HNO3, H2SO4, o HF, o ng mga alkaline na solusyon tulad ng NaOH. Bagama't ito ay may posibilidad na mag-oxidize kapag pinainit sa hangin, ang pagbuo ng isang SiO2 layer sa ibabaw ay pumipigil sa karagdagang pagsasabog ng oxygen, kaya pinapanatili ang rate ng oksihenasyon na mababa. Bukod pa rito, ang SiC ay nagpapakita ng mga katangian ng semiconductor, na may mahusay na electrical conductivity kapag may maliit na halaga ng impurities ay ipinakilala, at mahusay na thermal conductivity.

Paano Naaapektuhan ng Iba't ibang Crystal Form ng SiC ang mga Properti nito?

Ang SiC ay umiiral sa dalawang pangunahing anyo ng kristal: α at β. Ang β-SiC ay may cubic crystal na istraktura, na may Si at C na bumubuo ng face-centered cubic lattices. Ang α-SiC ay umiiral sa mahigit 100 polytype, kabilang ang 4H, 15R, at 6H, na ang 6H ang pinakakaraniwang ginagamit sa mga pang-industriyang aplikasyon. Ang katatagan ng mga polytype na ito ay nag-iiba sa temperatura. Sa ibaba ng 1600°C, ang SiC ay umiiral sa anyo ng β, habang sa itaas ng 1600°C, unti-unting nagbabago ang β-SiC sa iba't ibang α-SiC polytypes. Halimbawa, ang 4H-SiC ay bumubuo sa paligid ng 2000°C, habang ang 15R at 6H polytype ay nangangailangan ng mga temperaturang higit sa 2100°C upang madaling mabuo. Ang 6H polytype ay nananatiling matatag kahit na higit sa 2200°C. Ang maliit na pagkakaiba sa libreng enerhiya sa pagitan ng mga polytype na ito ay nangangahulugan na kahit na ang mga maliliit na dumi ay maaaring magbago ng kanilang mga thermal stability na relasyon.

Ano ang Mga Pamamaraan sa Paggawa ng mga SiC Powder?

Ang paghahanda ng mga SiC powder ay maaaring ikategorya sa solid-phase synthesis at liquid-phase synthesis batay sa paunang estado ng mga hilaw na materyales.

Ano ang mga Paraan na Kasangkot sa Solid-Phase Synthesis? 

Pangunahing kasama sa solid-phase synthesis ang carbothermal reduction at direktang silicon-carbon reactions. Ang paraan ng pagbawas ng carbothermal ay sumasaklaw sa proseso ng Acheson, paraan ng vertical furnace, at paraan ng rotary furnace na may mataas na temperatura. Ang proseso ng Acheson, na naimbento ni Acheson, ay nagsasangkot ng pagbabawas ng silica sa quartz sand sa pamamagitan ng carbon sa isang Acheson electric furnace, na hinimok ng isang electrochemical reaction sa ilalim ng mataas na temperatura at malakas na electric field. Ang pamamaraang ito, na may kasaysayan ng pang-industriyang produksyon na sumasaklaw sa mahigit isang siglo, ay nagbubunga ng medyo magaspang na mga particle ng SiC at may mataas na pagkonsumo ng kuryente, na karamihan ay nawala bilang init.

Noong 1970s, ang mga pagpapabuti sa proseso ng Acheson ay humantong sa mga pag-unlad noong 1980s, tulad ng mga vertical furnace at mga high-temperature na rotary furnace para sa pag-synthesize ng β-SiC powder, na may mga karagdagang pag-unlad noong 1990s. Ohsaki et al. natagpuan na ang SiO gas na inilabas mula sa pag-init ng pinaghalong SiO2 at Si powder ay tumutugon sa activated carbon, na may tumaas na temperatura at pinahabang oras ng paghawak na binabawasan ang tiyak na lugar sa ibabaw ng pulbos habang mas maraming SiO gas ang inilabas. Ang direktang paraan ng reaksyon ng silicon-carbon, isang aplikasyon ng self-propagating high-temperature synthesis, ay kinabibilangan ng pag-aapoy sa reactant body na may panlabas na pinagmumulan ng init at paggamit ng kemikal na reaksyong init na inilabas sa panahon ng synthesis upang mapanatili ang proseso. Ang pamamaraang ito ay may mababang pagkonsumo ng enerhiya, simpleng kagamitan at proseso, at mataas na produktibo, kahit na mahirap kontrolin ang reaksyon. Ang mahinang exothermic na reaksyon sa pagitan ng silicon at carbon ay ginagawang mahirap na mag-apoy at mapanatili sa temperatura ng silid, na nangangailangan ng karagdagang mga mapagkukunan ng enerhiya tulad ng mga chemical furnace, direktang kasalukuyang, preheating, o mga pantulong na electric field.

Paano Na-synthesize ang SiC Powder Gamit ang Liquid-Phase Methods? 

Kasama sa mga pamamaraan ng synthesis ng liquid-phase ang sol-gel at polymer decomposition techniques. Ewell et al. unang iminungkahi ang paraan ng sol-gel, na kalaunan ay inilapat sa paghahanda ng mga keramika noong 1952. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng mga likidong kemikal na reagents upang maghanda ng mga precursor ng alkoxide, na natutunaw sa mababang temperatura upang bumuo ng isang homogenous na solusyon. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng naaangkop na mga ahente ng gelling, ang alkoxide ay sumasailalim sa hydrolysis at polymerization upang bumuo ng isang matatag na sistema ng sol. Pagkatapos ng matagal na pagtayo o pagpapatuyo, ang Si at C ay pantay na pinaghalo sa antas ng molekular. Ang pag-init ng halo na ito sa 1460-1600°C ay nag-uudyok ng reaksyon ng pagbabawas ng carbothermal upang makagawa ng pinong SiC powder. Ang mga pangunahing parameter na dapat kontrolin sa panahon ng pagpoproseso ng sol-gel ay kinabibilangan ng pH ng solusyon, konsentrasyon, temperatura ng reaksyon, at oras. Pinapadali ng pamamaraang ito ang homogenous na pagdaragdag ng iba't ibang mga bahagi ng bakas ngunit may mga disbentaha tulad ng natitirang hydroxyl at mga organikong solvent na nakakapinsala sa kalusugan, mataas na gastos sa hilaw na materyales, at makabuluhang pag-urong sa panahon ng pagproseso.

Ang mataas na temperatura na agnas ng mga organikong polimer ay isa pang epektibong paraan para sa paggawa ng SiC:

Pagpainit ng gel polysiloxanes upang mabulok ang mga ito sa maliliit na monomer, sa huli ay bumubuo ng SiO2 at C, na pagkatapos ay sumasailalim sa carbothermal reduction upang makagawa ng SiC powder.

Pinainit ang polycarbosilanes upang mabulok ang mga ito sa maliliit na monomer, na bumubuo ng isang balangkas na sa huli ay nagreresulta sa SiC powder. Ang mga kamakailang pamamaraan ng sol-gel ay nagbigay-daan sa paggawa ng mga materyal na sol/gel na nakabatay sa SiO2, na tinitiyak ang homogenous na pamamahagi ng sintering at toughening additives sa loob ng gel, na nagpapadali sa pagbuo ng mga high-performance na SiC ceramic powder.

Bakit Itinuturing na Promising Technique ang Pressureless SinteringSiC Ceramics?

Ang walang presyon na sintering ay itinuturing na isang mahusay na paraan para sasintering SiC. Depende sa mekanismo ng sintering, maaari itong nahahati sa solid-phase sintering at liquid-phase sintering. Nakamit ng S. Proehazka ang relatibong density na higit sa 98% para sa SiC sintered na katawan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga naaangkop na halaga ng B at C sa ultra-fine β-SiC powder (na may nilalamang oxygen na mas mababa sa 2%) at sintering sa 2020°C sa ilalim ng normal na presyon. A. Mulla et al. ginamit ang Al2O3 at Y2O3 bilang mga additives sa sinter 0.5μm β-SiC (na may maliit na halaga ng SiO2 sa ibabaw ng particle) sa 1850-1950°C, na nakakamit ng relative density na higit sa 95% ng theoretical density at fine grains na may average na average. laki ng 1.5μm.

Paano Napapahusay ang Hot Press SinteringSiC Ceramics?

Itinuro ni Nadeau na ang purong SiC ay maaari lamang i-sinter nang makapal sa napakataas na temperatura nang walang anumang mga tulong sa sintering, na nag-udyok sa marami na tuklasin ang hot press sintering. Sinuri ng maraming pag-aaral ang mga epekto ng pagdaragdag ng B, Al, Ni, Fe, Cr, at iba pang mga metal sa densification ng SiC, kung saan natagpuang ang Al at Fe ang pinaka-epektibo para sa pagsulong ng hot press sintering. F.F. Inimbestigahan ni Lange ang pagganap ng hot press-sintered SiC na may iba't ibang halaga ng Al2O3, na nag-uugnay sa densification sa isang mekanismo ng dissolution-reprecipitation. Gayunpaman, ang hot press sintering ay maaari lamang gumawa ng mga simpleng hugis na bahagi ng SiC, at ang dami ng produkto sa isang proseso ng sintering ay limitado, na ginagawang hindi gaanong angkop para sa pang-industriyang produksyon.

Ano ang Mga Benepisyo at Limitasyon ng Reaction Sintering para sa SiC?

SiC na na-sinter ng reaksyon, na kilala rin bilang self-bonded SiC, ay nagsasangkot ng pagre-react sa isang buhaghag na berdeng katawan na may alinman sa gaseous o likidong mga phase upang tumaas ang masa, bawasan ang porosity, at sinter ito sa isang malakas, dimensional na tumpak na produkto. Ang proseso ay nagsasangkot ng paghahalo ng α-SiC na pulbos at grapayt sa isang tiyak na ratio, pag-init sa humigit-kumulang 1650°C, at paglusot sa berdeng katawan na may tinunaw na Si o gaseous Si, na tumutugon sa grapayt upang bumuo ng β-SiC, na nagbubuklod sa umiiral na α-SiC mga particle. Ang kumpletong Si infiltration ay nagreresulta sa isang ganap na siksik, dimensional na matatag na reaksyon-sintered na katawan. Kung ikukumpara sa iba pang paraan ng sintering, ang reaction sintering ay nagsasangkot ng kaunting mga pagbabago sa dimensyon sa panahon ng densification, na nagbibigay-daan para sa paggawa ng mga tumpak na bahagi. Gayunpaman, ang pagkakaroon ng isang malaking halaga ng SiC sa sintered na katawan ay humahantong sa mas mahinang pagganap ng mataas na temperatura.

Sa buod,SiC keramikaginawa ng walang pressure na sintering, hot press sintering, hot isostatic pressing, at reaction sintering ay nagpapakita ng iba't ibang katangian ng pagganap.SiC keramikamula sa hot press at hot isostatic pressing sa pangkalahatan ay may mas mataas na sintered density at flexural strengths, habang ang reaction-sintered SiC ay may medyo mas mababang halaga. Ang mga mekanikal na katangian ngSiC keramikanag-iiba din sa iba't ibang sintering additives. Pressureless, hot press, at reaction-sinteredSiC keramikanagpapakita ng mahusay na pagtutol sa mga malakas na acid at base, ngunit ang reaksyon-sintered SiC ay may mas mahinang resistensya sa kaagnasan sa mga malakas na acid tulad ng HF. Sa mga tuntunin ng pagganap ng mataas na temperatura, halos lahatSiC keramikanagpapakita ng pagpapabuti ng lakas sa ibaba 900°C, habang ang flexural strength ng SiC na na-reaksyon na sintered ay bumababa nang husto sa itaas ng 1400°C dahil sa pagkakaroon ng libreng Si. Ang mataas na temperatura na pagganap ng walang pressure at mainit na isostatic na pinindotSiC keramikapangunahing nakasalalay sa uri ng mga additives na ginamit.

Habang ang bawat pamamaraan ng sintering para saSiC keramikamay mga merito, ang mabilis na pag-unlad ng teknolohiya ay nangangailangan ng patuloy na pagpapabuti saSiC ceramicpagganap, mga diskarte sa pagmamanupaktura, at pagbabawas ng gastos. Pagkamit ng mababang temperatura na sintering ngSiC keramikaay mahalaga sa pagpapababa ng pagkonsumo ng enerhiya at mga gastos sa produksyon, sa gayon ay itinataguyod ang industriyalisasyon ngSiC ceramicmga produkto.**

Kami sa Semicorex ay dalubhasa saSiC Ceramicsat iba pang Ceramic Materials na inilapat sa paggawa ng semiconductor, kung mayroon kang anumang mga katanungan o kailangan ng mga karagdagang detalye, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin.

Makipag-ugnayan sa telepono: +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com