Как уменьшить внутренние поры в уплотнительных кольцах из спеченного без давления карбида кремния

Образование пор внутри уплотнительных колец из спеченного без давления карбида кремния является многофакторной проблемой, в основном связанной с характеристиками сырья, параметрами процесса и другими аспектами.

1. Характеристики исходного порошка
Размер и распределение частиц порошка: Если исходный порошок слишком крупный или распределение размеров частиц неравномерное, будет сложно полностью заполнить частицы во время спекания, что приведет к образованию зазоров и пор.
Примеси в порошке карбида кремния (такие как свободный кремний, оксиды металлов и т. д.) могут вступать в химическую реакцию или улетучиваться во время высокотемпературного спекания, что приводит к образованию пор.
Микропорошок оставлен на слишком долгое время: на поверхности образуется SIO2 и заряд изменяется.
Выбор спекающих добавок: Если количество добавляемых или распределение спекающих добавок (таких как B, C, Al₂O₃ и т. д.) необоснованно, это может повлиять на образование жидкой фазы или динамику диффузии, что приведет к недостаточному локальному уплотнению.
2. Процесс формования
Плотность и однородность сырой заготовки: Если плотность сырой заготовки низкая или распределение плотности неравномерно в процессе формования (например, сухое прессование, изостатическое прессование), поры, скорее всего, останутся в области низкой плотности во время вакуумного спекания.
Дефекты сырого тела: Воздух, который не был полностью удален во время формования, или остатки летучих органических веществ могут образовывать закрытые поры во время спекания.
3. Параметры процесса вакуумного спекания
Скорость нагрева: Слишком быстрый нагрев приведет к преждевременному уплотнению поверхности, а внутренние газы (например, газы разложения добавок и остаточные летучие вещества) не смогут выйти, образуя закрытые поры.
Температура и время выдержки вакуумного спекания:
Недостаточная температура: трудно активировать достаточную диффузию материала, уплотнение не происходит полностью, и остаются поры.
Недостаточное время выдержки: недостаточно времени для миграции и разрядки пор, и некоторые поры «замораживаются» в материале.
Контроль атмосферы: Если в атмосфере спекания присутствует кислород или примесный газ (например, Ar, N₂ или вакуум), это может вызвать побочные реакции (например, окисление или утечку газа) и привести к образованию пор.
4. Разложение и улетучивание добавок
Остаточные органические добавки: Если связующее или смазочное вещество, используемое во время формования, не удалено полностью, оно разложится при высокой температуре с образованием газа (например, CO₂, H₂O) и образованием пор.
Испарение спекающих добавок: некоторые добавки с низкой температурой плавления (например, Al) могут испаряться при высоких температурах, оставляя отверстия.
5. Динамика развития пор
Миграция пор блокируется: на поздней стадии спекания поры необходимо разгрузить посредством диффузии по границам зерен или решеточной диффузии. Если зерна растут слишком быстро (например, аномальный рост зерен), поры могут быть «обернуты» зернами и не могут быть разряжены.
6. Процесс охлаждения
Слишком высокая скорость охлаждения: может привести к концентрации термических напряжений, вызывая микротрещины или локальное расширение пор (но основная причина образования пор по-прежнему сосредоточена на стадии спекания).

Оптимизационные меры по уменьшению пор

1. Оптимизация сырья: выбирайте высокочистый, мелкозернистый порошок и разумно контролируйте долю спекающих добавок.
2. Улучшение формования: увеличение плотности сырой заготовки (например, путем изостатического прессования) и оптимизация процесса обезжиривания для удаления органических веществ.
3. Регулировка процесса вакуумного спекания:
Используйте сегментированный нагрев (например, сегмент медленного обезжиривания + сегмент быстрого спекания).
Увеличьте время выдержки при высокой температуре, чтобы способствовать освобождению пор.
Оптимизируйте атмосферу спекания (например, вакуум или защиту инертным газом).
Систематическая оптимизация сырьевых материалов, процессов формования и спекания позволяет значительно снизить пористость уплотнительного кольца из спеченного без давления карбида кремния, а также улучшить его плотность и механические свойства.