Ang Pag-aaral sa Reaction-Sintered SiC Ceramics at Kanilang Mga Katangian

Bakit Mahalaga ang Silicon Carbide?

Ang Silicon carbide (SiC) ay isang compound na nabuo sa pamamagitan ng covalent bonds sa pagitan ng silicon at carbon atoms, na kilala sa mahusay nitong wear resistance, thermal shock resistance, corrosion resistance, at mataas na thermal conductivity. Ito ay malawakang ginagamit sa aerospace, mekanikal na pagmamanupaktura, petrochemical, metal smelting, at industriya ng electronics, lalo na para sa paggawa ng mga bahaging lumalaban sa pagsusuot at mga bahaging istruktura na may mataas na temperatura.Reaction-sintered silikon carbide keramikaay kabilang sa mga unang structural ceramics na nakamit ang industriyal na produksyon. Tradisyonalreaction-sintered silikon carbide keramikaay ginawa mula sa silicon carbide powder at isang maliit na halaga ng carbon powder sa pamamagitan ng high-temperature silicon infiltration reaction sintering, na nangangailangan ng mahabang oras ng sintering, mataas na temperatura, mataas na pagkonsumo ng enerhiya, at mataas na gastos. Sa lumalagong aplikasyon ng teknolohiyang reaction-sintered silicon carbide, ang mga tradisyonal na pamamaraan ay hindi sapat upang matugunan ang pang-industriya na pangangailangan para sa kumplikadong hugis.silikon carbide keramika.

Ano ang Mga Kamakailang Pag-unlad saReaction-Sintered Silicon Carbide?

Ang mga kamakailang pagsulong ay humantong sa paggawa ng high-density, high-bending-strengthsilikon carbide keramikagamit ang nano-sized na silicon carbide powder, na makabuluhang nagpapabuti sa mga mekanikal na katangian ng materyal. Gayunpaman, ang mataas na halaga ng nano-sized na silicon carbide powder, na nagkakahalaga ng higit sa sampu-sampung libong dolyar bawat tonelada, ay humahadlang sa malakihang aplikasyon. Sa gawaing ito, ginamit namin ang malawak na magagamit na wood charcoal bilang pinagmumulan ng carbon at micron-sized na silicon carbide bilang pinagsama-samang, gamit ang teknolohiya ng slip casting upang maghandareaction-sintered silicon carbide ceramicberdeng katawan. Ang diskarteng ito ay nag-aalis ng pangangailangan para sa pre-synthesizing silicon carbide powder, binabawasan ang mga gastos sa produksyon, at nagbibigay-daan sa paggawa ng malaki, kumplikadong hugis na manipis na pader na mga produkto, na nagbibigay ng sanggunian para sa pagpapabuti ng pagganap at paggamit ngreaction-sintered silikon carbide keramika.

Ano ang mga Hilaw na Materyal na Ginamit?

Ang mga hilaw na materyales na ginamit sa eksperimento ay kinabibilangan ng:

Silicon carbide na may median na laki ng particle (d50) na 3.6 μm at kadalisayan (w(SiC)) ≥ 98%

Carbon black na may median na laki ng particle (d50) na 0.5 μm at kadalisayan (w©) ≥ 99%

Graphite na may median na laki ng particle (d50) na 10 μm at kadalisayan (w©) ≥ 99%

Mga dispersant: Polyvinylpyrrolidone (PVP) K30 (K value 27-33) at K90 (K value 88-96)

Pambawas ng tubig: Polycarboxylate CE-64

Release agent: AO

Deionized na tubig

Paano Ginawa ang Eksperimento?

Ang eksperimento ay isinagawa tulad ng sumusunod:

Paghahalo ng mga hilaw na materyales ayon sa Talahanayan 1 gamit ang isang electric mixer sa loob ng 4 na oras upang makakuha ng pantay na halo-halong slurry.

Pagpapanatiling ang slurry lagkit ≤ 1000 mPa·s, ang pinaghalong slurry ay ibinuhos sa inihandang gypsum molds para sa slip casting, pinahintulutang ma-dehydrate sa pamamagitan ng gypsum molds sa loob ng 2-3 minuto upang makabuo ng berdeng katawan.

Ang mga berdeng katawan ay inilagay sa isang cool na lokasyon para sa 48 oras, pagkatapos ay inalis mula sa mga hulma, at tuyo sa isang vacuum drying oven sa 80 ° C para sa 4-6 na oras.

Ang pag-degumming ng mga berdeng katawan ay isinagawa sa isang muffle furnace sa 800 ° C sa loob ng 2 oras upang makuha ang mga preform.

Ang mga preform ay naka-embed sa isang halo-halong pulbos ng carbon black, silicon powder, at boron nitride sa isang mass ratio na 1:100:2000, at sintered sa isang furnace sa 1720°C sa loob ng 2 oras upang makakuha ng ganap na pinong silicon carbide ceramics. .

Anong Mga Paraan ang Ginamit para sa Pagsubok sa Pagganap?

Kasama sa pagsubok sa pagganap ang:

Pagsukat ng lagkit ng slurry sa iba't ibang oras ng paghahalo (1-5 oras) gamit ang rotary viscometer sa temperatura ng kuwarto.

Pagsukat ng density ng volume ng mga preform na sumusunod sa pambansang pamantayan GB/T 25995-2010.

Pagsukat ng lakas ng baluktot ng mga sintered sample sa 1720°C ayon sa GB/T 6569-2006, na may sample na sukat na 3 mm × 4 mm × 36 mm, span na 30 mm, at bilis ng paglo-load na 0.5 mm·min^-1 .

Pagsusuri ng phase composition at microstructure ng mga sintered sample sa 1720°C gamit ang XRD at SEM.

Paano Nakakaapekto ang Oras ng Paghahalo sa Slurry Viscosity, Preform Volume Density, at Apparent Porosity?

Ang mga figure 1 at 2 ayon sa pagkakabanggit ay nagpapakita ng kaugnayan sa pagitan ng oras ng paghahalo at slurry lagkit para sa sample 2#, at ang kaugnayan sa pagitan ng oras ng paghahalo at preform na density ng volume at maliwanag na porosity.

Isinasaad ng Figure 1 na habang tumataas ang oras ng paghahalo, bumababa ang lagkit, na umaabot sa minimum na 721 mPa·s sa 4 na oras at pagkatapos ay nagpapatatag.

Ipinapakita ng Figure 2 na ang sample 2# ay may maximum volume density na 1.47 g·cm^-3 at isang minimum na maliwanag na porosity na 32.4%. Ang mas mababang lagkit ay nagreresulta sa mas mahusay na dispersion, na humahantong sa mas pare-parehong slurry at napabutisilicon carbide ceramicpagganap. Ang hindi sapat na oras ng paghahalo ay humahantong sa hindi pantay na paghahalo ng silicon carbide fine powder, habang ang labis na oras ng paghahalo ay sumisingaw ng mas maraming tubig, na nagpapapahina sa sistema. Ang pinakamainam na oras ng paghahalo para sa paghahanda ng ganap na pinong pulbos na silicon carbide ceramics ay 4 na oras.

Inililista ng talahanayan 2 ang slurry viscosity, preform volume density, at maliwanag na porosity ng sample 2# na may idinagdag na graphite at sample 6# nang walang idinagdag na graphite. Ang pagdaragdag ng graphite ay nagpapababa ng slurry viscosity, nagpapataas ng preform volume density, at binabawasan ang maliwanag na porosity dahil sa graphite's lubricating effect, na nagreresulta sa mas mahusay na dispersion at tumaas na density ng fully fine-powderedsilikon carbide keramika. Kung walang graphite, ang slurry ay may mas mataas na lagkit, mas mahinang dispersion, at katatagan, kaya kailangan ang pagdaragdag ng graphite.

Ipinapakita ng Figure 3 ang preform volume density at maliwanag na porosity ng mga sample na may iba't ibang carbon black na nilalaman. Ang sample 2# ay may pinakamataas na density ng volume na 1.47 g·cm^-3 at ang pinakamababang maliwanag na porosity na 32.4%. Gayunpaman, ang masyadong mababang porosity ay humahadlang sa paglusot ng silikon.

Ipinapakita ng Figure 4 ang XRD spectra ng sample 2# preforms at sintered sample sa 1720°C. Ang mga preform ay naglalaman ng graphite at β-SiC, habang ang mga sintered sample ay naglalaman ng Si, β-SiC, at α-SiC, na nagpapahiwatig ng ilang β-SiC na nabago sa α-SiC sa mataas na temperatura. Ang mga sintered sample ay nagpapakita rin ng pagtaas ng Si at pagbaba ng C na nilalaman dahil sa mataas na temperatura na paglusot ng silicon, kung saan ang Si ay tumutugon sa C upang bumuo ng SiC, na pinupuno ang mga pores.

Ipinapakita ng Figure 5 ang fracture morphology ng iba't ibang sample na preform. Ang mga larawan ay nagpapakita ng pinong silicon carbide, grapayt, at mga pores. Ang mga sample 1#, 4#, at 5# ay may mas malalaking flake phase at mas hindi pantay na distributed pores dahil sa hindi pantay na paghahalo, na nagreresulta sa mababang preform density at mataas na porosity. Ang sample 2# na may 5.94% (w) carbon black ay nagpapakita ng pinakamainam na microstructure.

Ipinapakita ng Figure 6 ang fracture morphology ng sample 2# pagkatapos ng sintering sa 1720°C, na nagpapakita ng mahigpit at pantay na ipinamahagi na mga particle ng silicon carbide na may minimal na porosity. Ang paglaki ng mga particle ng silicon carbide ay dahil sa mga epekto ng mataas na temperatura. Ang mas maliliit na bagong nabuong SiC particle ay makikita rin sa pagitan ng orihinal na SiC skeleton particle mula sa reaction sintering, na may ilang natitirang Si na pumupuno sa mga orihinal na pores, na binabawasan ang konsentrasyon ng stress ngunit potensyal na nakakaapekto sa pagganap ng mataas na temperatura dahil sa mababang punto ng pagkatunaw nito. Ang sintered na produkto ay may volume density na 3.02 g·cm^-3 at isang baluktot na lakas na 580 MPa, higit sa dalawang beses ang lakas ng ordinaryongreaction-sintered silicon carbide.

Mga konklusyon

Ang pinakamainam na oras ng paghahalo para sa slurry na ginamit sa paghahanda ng ganap na pinong pulbossilikon carbide keramikaay 4 na oras. Ang pagdaragdag ng graphite ay nagpapababa ng slurry viscosity, nagpapataas ng preform volume density, at nagpapababa ng maliwanag na porosity, na nagpapataas ng density ng ganap na pinong pulbos.silikon carbide keramika.

Ang pinakamainam na nilalaman ng carbon black para sa paghahanda ng ganap na pinong pulbos na silicon carbide ceramics ay 5.94% (w).

Ang sintered silicon carbide particle ay mahigpit at pantay na ipinamamahagi na may kaunting porosity, na nagpapakita ng isang trend ng paglago. Ang densidad ng sintered na produkto ay 3.02 g·cm^-3, at ang lakas ng baluktot ay 580 MPa, na makabuluhang nagpapabuti sa mekanikal na lakas at density ng ganap na pinong pulbos.silikon carbide keramika.**

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