Насколько хорошо вы знаете технологию спекания керамики на основе карбида кремния?

Керамические материалы на основе карбида кремния (SiC) имеют широкие перспективы применения в традиционных промышленных областях, таких как высокотемпературная печная оснастка, сопла сгорания, теплообменники, уплотнительные кольца, подшипники скольжения, а также в высокотехнологичных областях, таких как полупроводники и космическая техника, благодаря своей превосходной высокотемпературной механической прочности, высокой твердости, высокому модулю упругости, высокой износостойкости, высокой теплопроводности и коррозионной стойкости. Однако, поскольку карбид кремния представляет собой прочное ковалентно-связанное соединение с низким коэффициентом диффузии, одной из основных проблем в процессе его получения является сложность уплотнения при спекании. Поэтому был проведен большой объем научно-исследовательских работ с целью содействия процессу уплотнения карбида кремния, снижения температуры спекания, измельчения зерен и улучшения различных свойств керамических материалов на основе карбида кремния путем изучения технологии спекания, а также выбора и оптимизации спекающих добавок.

Технология спекания керамики на основе карбида кремния

1.Реакционное спекание

Реакционно-связанный карбид кремния (RBSiC) был впервые предложен П. Поппером в 1950-х годах. Процесс заключается в смешивании источника углерода и порошка карбида кремния, приготовлении сырца методом литья под давлением, сухого прессования или холодного изостатического прессования, а затем проведении реакции силицирования, то есть нагревании сырца до температуры выше 1500 ℃ в вакууме или инертной атмосфере, в результате чего твердый кремний плавится, превращаясь в жидкий кремний, который проникает в пористое сырец посредством капиллярного эффекта. Жидкий кремний или пары кремния вступают в химическую реакцию с углеродом в сыром теле, а образующийся на месте β-SiC соединяется с исходными частицами SiC в сыром теле, образуя реакционно-связанный керамический материал на основе карбида кремния. Преимуществами реакционно-спеченного карбида кремния являются низкая температура спекания, низкая себестоимость производства и высокая степень уплотнения материала. В частности, в процессе реакционного спекания практически отсутствует объемная усадка, что делает его особенно подходящим для изготовления крупногабаритных и сложнопрофильных конструкционных деталей. Типичными областями применения керамики из реакционно-спеченного карбида кремния являются материалы для высокотемпературной печной оснастки, радиационные трубы, теплообменники, сопла для десульфурации и т. д.

2.Горячее прессование спекание

Механическое давление, оказываемое в процессе горячего прессования (HP), увеличивает движущую силу уплотнения за счет усиления перегруппировки частиц на ранних стадиях спекания. После достижения относительно высокой плотности механическое давление может уменьшить пористость, одновременно препятствуя укрупнению зерен. По сравнению со спеканием без давления, спекание горячим прессованием позволяет достичь уплотнения при относительно низкой температуре, тем самым формируя хорошую микроструктуру и улучшая ее механические свойства. При одновременном использовании спекающих добавок и горячего прессования можно значительно сократить время и температуру спекания карбида кремния. Метод горячего прессования и спекания позволяет получать керамические материалы из карбида кремния с лучшими характеристиками при более низких температурах, однако из-за ограничений оборудования и форм получаемые изделия имеют простую форму, низкую эффективность производства и высокую себестоимость, поэтому такие изделия используются редко и в основном в особых случаях.

Существует множество различных технологий спекания керамических материалов на основе карбида кремния, каждая из которых имеет свои уникальные преимущества и сферы применения. Реакционное спекание подходит для изготовления крупногабаритных и сложных по форме конструкционных деталей, а горячее прессование подходит для случаев с особыми требованиями. Благодаря постоянному развитию технологий технология спекания керамических материалов на основе карбида кремния будет становиться все более развитой, а области ее применения будут расширяться.