Кремний карбиді керамикасын дайындаудың мамандандырылған әдістері

Кремний карбиді (SiC) керамикаматериалдар жоғары температуралық беріктік, күшті тотығуға төзімділік, жоғары тозуға төзімділік, термиялық тұрақтылық, төмен жылу кеңею коэффициенті, жоғары жылу өткізгіштік, жоғары қаттылық, термиялық соққыға төзімділік және химиялық коррозияға төзімділік сияқты тамаша қасиеттерге ие. Бұл сипаттамалар SiC керамикасын автомобиль, механикалық және химия өнеркәсібі, қоршаған ортаны қорғау, ғарыштық технологиялар, ақпараттық электроника және энергетика сияқты әртүрлі салаларда көбірек қолдануға мүмкіндік береді.SiC керамикатамаша көрсеткіштерінің арқасында көптеген өнеркәсіп салаларында таптырмайтын құрылымдық керамикалық материалға айналды.

Күшейтетін құрылымдық сипаттамалар қандайSiC керамика?

-ның жоғары қасиеттеріSiC керамикаолардың бірегей құрылымымен тығыз байланысты. SiC - өте күшті коваленттік байланысы бар қосылыс, мұнда Si-C байланысының иондық сипаты шамамен 12% құрайды. Бұл тозуға тамаша төзімділікті қамтамасыз ететін жоғары беріктік пен үлкен серпімділік модуліне әкеледі. Таза SiC HCl, HNO3, H2SO4 немесе HF сияқты қышқыл ерітінділерімен, сондай-ақ NaOH сияқты сілтілі ерітінділермен коррозияға ұшырамайды. Ол ауада қызған кезде тотығуға бейім болғанымен, бетінде SiO2 қабатының пайда болуы оттегінің әрі қарай диффузиясын тежейді, осылайша тотығу жылдамдығын төмен деңгейде ұстайды. Сонымен қатар, SiC жартылай өткізгіштік қасиеттерді көрсетеді, аз мөлшерде қоспалар енгізілгенде жақсы электр өткізгіштік және тамаша жылу өткізгіштік.

SiC әртүрлі кристалдық пішіндері оның қасиеттеріне қалай әсер етеді?

SiC екі негізгі кристалдық формада болады: α және β. β-SiC текше кристалды құрылымға ие, Si және C бетке бағытталған текше торларды құрайды. α-SiC 100-ден астам политиптерде бар, соның ішінде 4H, 15R және 6H, 6H өнеркәсіптік қолданбаларда ең жиі қолданылады. Бұл политиптердің тұрақтылығы температураға байланысты өзгереді. 1600°C төмен температурада SiC β түрінде болады, ал 1600°C жоғары температурада β-SiC біртіндеп әртүрлі α-SiC политиптеріне айналады. Мысалы, 4H-SiC 2000°C шамасында түзіледі, ал 15R және 6H политиптері оңай пайда болу үшін 2100°C жоғары температураны қажет етеді. 6H политипі 2200°C жоғары температурада да тұрақты болып қалады. Бұл политиптер арасындағы бос энергияның шамалы айырмашылығы тіпті шамалы қоспалар да олардың термиялық тұрақтылық қатынастарын өзгерте алатынын білдіреді.

SiC ұнтақтарын өндірудің қандай әдістері бар?

SiC ұнтақтарын дайындауды шикізаттың бастапқы күйіне байланысты қатты фазалық синтез және сұйық фазалық синтез деп бөлуге болады.

Қатты фазалық синтезде қандай әдістер қолданылады? 

Қатты фазалық синтезге ең алдымен карботермиялық тотықсыздану және тікелей кремний-көміртек реакциялары жатады. Карботермиялық қалпына келтіру әдісі Ачесон процесін, тік пеш әдісін және жоғары температуралы айналмалы пеш әдісін қамтиды. Ачесон ойлап тапқан Ачесон процесі жоғары температура мен күшті электр өрісі жағдайында электрохимиялық реакциямен қозғалатын Ачесон электр пешінде көміртегімен кварц құмындағы кремнеземді тотықсыздандыруды қамтиды. Бір ғасырдан астам өнеркәсіптік өндіріс тарихы бар бұл әдіс салыстырмалы түрде дөрекі SiC бөлшектерін береді және жоғары қуат тұтынуға ие, оның көп бөлігі жылу ретінде жоғалады.

1970 жылдары Ачесон процесін жетілдіру 1980 жылдардағы әзірлемелерге әкелді, мысалы, тік пештер және β-SiC ұнтағын синтездеуге арналған жоғары температуралы айналмалы пештер, 1990 жылдары одан әрі жетістіктер. Ohsaki және т.б. SiO2 және Si ұнтағының қоспасын қыздырған кезде бөлінетін SiO газы белсендірілген көмірмен әрекеттесетінін, температураның жоғарылауымен және ұзартылған ұстау уақытымен ұнтақтың меншікті бетінің ауданы азаяды, өйткені SiO газы көбірек бөлінді. Тікелей кремний-көміртек реакциясы әдісі, өздігінен таралатын жоғары температуралық синтезді қолдану, әрекеттесуші денені сыртқы жылу көзімен тұтандыруды және процесті қолдау үшін синтез кезінде бөлінетін химиялық реакция жылуын пайдалануды қамтиды. Бұл әдіс реакцияны басқару қиын болғанымен энергияны аз тұтынуға, қарапайым жабдықтар мен процестерге және жоғары өнімділікке ие. Кремний мен көміртегі арасындағы әлсіз экзотермиялық реакция оны бөлме температурасында тұтануды және ұстап тұруды қиындатады, бұл химиялық пештер, тұрақты ток, алдын ала қыздыру немесе қосалқы электр өрістері сияқты қосымша энергия көздерін қажет етеді.

Сұйық фазалық әдістерді қолдану арқылы SiC ұнтағы қалай синтезделеді? 

Сұйық фазалық синтез әдістеріне золь-гель және полимерді ыдырату әдістері жатады. Ewell және т.б. алғаш рет 1952 жылы керамика дайындауға қолданылған золь-гель әдісін ұсынды. Бұл әдіс біртекті ерітіндіні қалыптастыру үшін төмен температурада ерітілген алкоксид прекурсорларын дайындау үшін сұйық химиялық реагенттерді пайдаланады. Сәйкес гель түзуші агенттерді қосу арқылы алкоксид тұрақты золь жүйесін құру үшін гидролизден және полимерленуден өтеді. Ұзақ тұру немесе кептіруден кейін Si және C молекулалық деңгейде біркелкі араласады. Бұл қоспаны 1460-1600°C-қа дейін қыздырғанда, майда SiC ұнтағын алу үшін карботермиялық тотықсыздану реакциясын тудырады. Золь-гельді өңдеу кезінде бақылауға болатын негізгі параметрлерге ерітіндінің рН, концентрациясы, реакция температурасы және уақыты кіреді. Бұл әдіс әртүрлі микроэлементтерді біркелкі қосуды жеңілдетеді, бірақ денсаулыққа зиянды қалдық гидроксил және органикалық еріткіштер, жоғары шикізат шығындары және өңдеу кезінде айтарлықтай шөгу сияқты кемшіліктері бар.

Органикалық полимерлердің жоғары температурада ыдырауы SiC алудың тағы бір тиімді әдісі болып табылады:

Гельдік полисилоксандарды қыздыру, оларды ұсақ мономерлерге ыдырату, нәтижесінде SiO2 және C түзеді, содан кейін олар SiC ұнтағын алу үшін карботермиялық тотықсызданудан өтеді.

Поликарбозиландарды жылыту, оларды шағын мономерлерге ыдырату, нәтижесінде SiC ұнтағын түзетін негізді құрайды. Золь-гельдің соңғы әдістері SiO2 негізіндегі золь/гель материалдарын өндіруге мүмкіндік берді, гель ішінде агломерациялық және қатайтатын қоспалардың біркелкі таралуын қамтамасыз етті, бұл жоғары өнімді SiC керамикалық ұнтақтардың түзілуін жеңілдетеді.

Неліктен қысымсыз агломерация перспективалы әдіс болып саналады?SiC керамика?

Қысымсыз агломерация өте перспективалы әдіс болып саналадыагломерациялау SiC. Агломерациялау механизміне қарай оны қатты фазалық агломерациялау және сұйық фазалық агломерациялау деп бөлуге болады. С.Проехазка ультра жұқа β-SiC ұнтағына (оттегі мөлшері 2% -дан төмен) В және С тиісті мөлшерде қосу және қалыпты қысымда 2020°C күйде күйдіру арқылы SiC агломерленген денелер үшін 98%-дан жоғары салыстырмалы тығыздыққа қол жеткізді. А.Мулла т.б. 1850-1950°C температурада 0,5 мкм β-SiC (бөлшектердің бетінде аз мөлшерде SiO2 бар) агломерациялау үшін Al2O3 және Y2O3 қоспалары ретінде теориялық тығыздықтың 95%-дан астам салыстырмалы тығыздығына және орта есеппен ұсақ түйіршіктерге қол жеткізді. мөлшері 1,5 мкм.

Ыстық прессті агломерациялау қалай жақсарадыSiC керамика?

Надо таза SiC-ті ешқандай агломерациясыз өте жоғары температурада ғана тығыз агломерациялауға болатынын атап өтті, бұл көптеген адамдарды ыстық пресспен агломерациялауды зерттеуге итермеледі. Көптеген зерттеулер B, Al, Ni, Fe, Cr және басқа металдарды қосудың SiC тығыздығына әсерлерін зерттеді, Al және Fe ыстық престеуді ілгерілету үшін ең тиімді болып табылды. Ф.Ф. Ланге тығыздауды еріту-реципитация механизміне жатқыза отырып, әртүрлі мөлшерде Al2O3 бар ыстық сығымдалған SiC өнімділігін зерттеді. Дегенмен, ыстық пресспен агломерациялау қарапайым пішінді SiC компоненттерін ғана шығара алады, ал бір агломерация процесінде өнім саны шектеулі, бұл оны өнеркәсіптік өндіріске жарамсыз етеді.

SiC үшін реакциялық агломерацияның артықшылықтары мен шектеулері қандай?

Реакциялық агломерацияланған SiCӨздігінен байланыстырылған SiC деп те белгілі, массаны ұлғайту, кеуектілікті азайту және оны күшті, өлшемді дәл өнімге біріктіру үшін кеуекті жасыл денені газ тәрізді немесе сұйық фазалармен әрекеттесуді қамтиды. Процесс α-SiC ұнтағы мен графитті белгілі бір қатынаста араластыруды, шамамен 1650 ° C дейін қыздыруды және жасыл денеге балқытылған Si немесе газ тәрізді Si инфильтрациясын қамтиды, ол графитпен әрекеттесіп, β-SiC түзіп, бар α-SiC-ті байланыстырады. бөлшектер. Толық Si инфильтрациясының нәтижесінде толық тығыз, өлшемді тұрақты реакцияға ұшыраған дене пайда болады. Басқа агломерациялық әдістермен салыстырғанда реакциялық агломерация тығыздау кезінде ең аз өлшемдік өзгерістерді қамтиды, бұл дәл компоненттерді өндіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, агломерацияланған денеде SiC айтарлықтай мөлшерінің болуы жоғары температурада нашар өнімділікке әкеледі.

Қысқаша,SiC керамикақысымсыз агломерациялау, ыстық престеу, ыстық изостатикалық престеу және реакциялық агломерациялау арқылы өндірілген өнімділік сипаттамалары әртүрлі.SiC керамикаыстық престеу және ыстық изостатикалық престеу әдетте жоғары агломерациялық тығыздықтарға және иілу беріктігіне ие болады, ал реакциялық агломерленген SiC салыстырмалы түрде төмен мәндерге ие. механикалық қасиеттеріSiC керамикаәртүрлі агломерациялық қоспалармен де өзгереді. Қысымсыз, ыстық прессте және реакциялық күйдеSiC керамикакүшті қышқылдар мен негіздерге жақсы төзімділік көрсетеді, бірақ реакциялық агломерацияланған SiC HF сияқты күшті қышқылдарға коррозияға төзімділігі төмен. Жоғары температура көрсеткіштері бойынша барлығы дерлікSiC керамика900°C-тан төмен беріктіктің жақсарғанын көрсетеді, ал реакция арқылы өңделген SiC-тің иілу беріктігі бос Si болуына байланысты 1400°C-тан жоғары күрт төмендейді. Қысымсыз және ыстық изостатикалық престеудің жоғары температуралық өнімділігіSiC керамикаең алдымен қолданылатын қоспалардың түріне байланысты.

үшін әрбір агломерациялық әдіс кезіндеSiC керамикаОның артықшылығы бар, технологияның жылдам дамуы үздіксіз жетілдіруді қажет етедіSiC керамикалықөнімділік, өндіріс техникасы және шығындарды азайту. Төмен температурада агломерациялауға қол жеткізуSiC керамикаэнергия тұтынуды және өндіріс шығындарын төмендету үшін, осылайша индустрияландыруды ынталандыру үшін өте маңыздыSiC керамикалықөнімдер.**

Semicorex-те біз маманданамызSiC керамикажәне жартылай өткізгіштерді өндіруде қолданылатын басқа керамикалық материалдар, егер сізде қандай да бір сұрақтарыңыз болса немесе қосымша мәліметтер қажет болса, бізбен байланысудан тартынбаңыз.

Байланыс телефоны: +86-13567891907

Электрондық пошта: sales@semicorex.com