Silikon Karbid Keramika üçün İxtisaslaşdırılmış Hazırlıq Texnikaları

Silikon karbid (SiC) keramikamateriallar yüksək temperatur gücü, güclü oksidləşmə müqaviməti, üstün aşınma müqaviməti, istilik sabitliyi, aşağı istilik genişlənmə əmsalı, yüksək istilik keçiriciliyi, yüksək sərtlik, termal şok müqaviməti və kimyəvi korroziyaya davamlılıq da daxil olmaqla bir sıra əla xüsusiyyətlərə malikdir. Bu xüsusiyyətlər SiC keramikasının avtomobil, mexaniki və kimya sənayesi, ətraf mühitin mühafizəsi, kosmik texnologiya, informasiya elektronikası və enerji kimi müxtəlif sahələrdə getdikcə daha çox tətbiq edilməsinə səbəb olur.SiC keramikaöz üstün performansına görə bir çox sənaye sektorlarında əvəzolunmaz struktur keramika materialına çevrilmişdir.

Təkmilləşdirən Struktur Xüsusiyyətlər NələrdirSiC keramika?

-nin üstün xüsusiyyətləriSiC keramikaunikal quruluşu ilə sıx bağlıdır. SiC çox güclü kovalent bağları olan bir birləşmədir, burada Si-C bağının ion xarakteri cəmi 12% təşkil edir. Bu, əla aşınma müqavimətini təmin edən yüksək möhkəmlik və böyük elastik modulla nəticələnir. Saf SiC, HCl, HNO3, H2SO4 və ya HF kimi turşu məhlulları və ya NaOH kimi qələvi məhlullarla korroziyaya uğramır. Havada qızdırıldıqda oksidləşməyə meylli olsa da, səthdə SiO2 təbəqəsinin əmələ gəlməsi daha da oksigen diffuziyasını maneə törədir və beləliklə, oksidləşmə dərəcəsini aşağı səviyyədə saxlayır. Bundan əlavə, SiC kiçik miqdarda çirklər daxil olduqda yaxşı elektrik keçiriciliyi və əla istilik keçiriciliyi ilə yarımkeçirici xüsusiyyətlər nümayiş etdirir.

SiC-nin müxtəlif kristal formaları onun xassələrinə necə təsir edir?

SiC iki əsas kristal formada mövcuddur: α və β. β-SiC kub kristal quruluşa malikdir, Si və C üz mərkəzli kub qəfəslər əmələ gətirir. α-SiC 4H, 15R və 6H daxil olmaqla 100-dən çox politipdə mövcuddur, 6H isə sənaye tətbiqlərində ən çox istifadə olunur. Bu politiplərin sabitliyi temperaturdan asılı olaraq dəyişir. 1600°C-dən aşağı temperaturda SiC β şəklində mövcuddur, 1600°C-dən yuxarı isə β-SiC tədricən müxtəlif α-SiC politiplərinə çevrilir. Məsələn, 4H-SiC 2000°C ətrafında əmələ gəlir, 15R və 6H politipləri isə asanlıqla əmələ gəlməsi üçün 2100°C-dən yuxarı temperatur tələb edir. 6H politipi 2200°C-dən yuxarı temperaturda belə sabit qalır. Bu politiplər arasında sərbəst enerjidəki kiçik fərq o deməkdir ki, hətta kiçik çirklər də onların istilik sabitlik əlaqələrini dəyişə bilər.

SiC tozlarının istehsalı üçün hansı üsullar var?

SiC tozlarının hazırlanması xammalın ilkin vəziyyətinə əsasən bərk fazalı sintez və maye faza sintezi kimi təsnif edilə bilər.

Bərk faza sintezində hansı üsullar istifadə olunur? 

Bərk faza sintezinə ilk növbədə karbotermal reduksiya və birbaşa silikon-karbon reaksiyaları daxildir. Karbotermik reduksiya metodu Acheson prosesini, şaquli soba metodunu və yüksək temperaturda fırlanan soba üsulunu əhatə edir. Acheson tərəfindən icad edilən Acheson prosesi yüksək temperatur və güclü elektrik sahələri altında elektrokimyəvi reaksiya ilə idarə olunan Acheson elektrik sobasında karbonla kvars qumunda silisiumun azaldılmasını nəzərdə tutur. Əsrdən artıq sənaye istehsalı tarixi ilə bu üsul nisbətən qaba SiC hissəcikləri verir və çoxu istilik kimi itirilən yüksək enerji istehlakına malikdir.

1970-ci illərdə Acheson prosesindəki təkmilləşdirmələr 1980-ci illərdə şaquli sobalar və β-SiC tozunun sintezi üçün yüksək temperaturlu fırlanan sobalar kimi inkişaflara gətirib çıxardı və 1990-cı illərdə daha da irəliləyişlər əldə etdi. Ohsaki və başqaları. aşkar etdi ki, SiO2 və Si tozunun qarışığının qızdırılmasından ayrılan SiO qazı aktivləşdirilmiş karbonla reaksiya verir, artan temperatur və daha çox SiO qazı ayrıldıqca tozun xüsusi səthini azaldır. Öz-özünə yayılan yüksək temperatur sintezinin tətbiqi olan birbaşa silisium-karbon reaksiya metodu reaktiv cismin xarici istilik mənbəyi ilə alovlanmasını və prosesi saxlamaq üçün sintez zamanı ayrılan kimyəvi reaksiya istiliyindən istifadə etməyi nəzərdə tutur. Bu üsul aşağı enerji sərfiyyatına, sadə avadanlıq və proseslərə və yüksək məhsuldarlığa malikdir, baxmayaraq ki, reaksiyanı idarə etmək çətindir. Silikon və karbon arasındakı zəif ekzotermik reaksiya onu otaq temperaturunda alovlandırmağı və saxlamağı çətinləşdirir, kimyəvi sobalar, birbaşa cərəyan, əvvəlcədən qızdırma və ya köməkçi elektrik sahələri kimi əlavə enerji mənbələrini tələb edir.

SiC tozu maye faza üsullarından istifadə edərək necə sintez olunur? 

Maye fazalı sintez üsullarına sol-gel və polimer parçalanma üsulları daxildir. Ewell və başqaları. ilk dəfə 1952-ci ildə keramika hazırlanmasına tətbiq edilən sol-gel metodunu təklif etdi. Bu üsul homojen məhlul yaratmaq üçün aşağı temperaturda həll olunan alkoksid prekursorlarını hazırlamaq üçün maye kimyəvi reagentlərdən istifadə edir. Müvafiq jelləşdirici maddələr əlavə etməklə, alkoksid sabit sol sistemi yaratmaq üçün hidroliz və polimerləşməyə məruz qalır. Uzun müddət dayandıqdan və ya quruduqdan sonra Si və C molekulyar səviyyədə bərabər şəkildə qarışdırılır. Bu qarışığı 1460-1600°C-yə qədər qızdırmaq, incə SiC tozunu istehsal etmək üçün karbotermal reduksiya reaksiyasına səbəb olur. Sol-gel emalı zamanı nəzarət edilməli olan əsas parametrlərə məhlulun pH, konsentrasiyası, reaksiya temperaturu və vaxtı daxildir. Bu üsul müxtəlif iz komponentlərinin homojen əlavə edilməsini asanlaşdırır, lakin sağlamlığa zərərli qalıq hidroksil və üzvi həlledicilər, yüksək xammal xərcləri və emal zamanı əhəmiyyətli büzülmə kimi çatışmazlıqlara malikdir.

Üzvi polimerlərin yüksək temperaturda parçalanması SiC hasil etmək üçün başqa effektiv üsuldur:

Gel polisiloksanların qızdırılması onları kiçik monomerlərə parçalayır, nəticədə SiO2 və C əmələ gətirir, sonra isə SiC tozunu istehsal etmək üçün karbotermik reduksiyaya məruz qalır.

Polikarbosilanları kiçik monomerlərə parçalamaq üçün qızdırılır və nəticədə SiC tozu ilə nəticələnən bir çərçivə meydana gətirir. Son sol-gel üsulları SiO2 əsaslı sol/gel materiallarının istehsalına imkan yaratdı, sinterləmə və sərtləşdirici əlavələrin gel daxilində homojen paylanmasını təmin etdi, bu da yüksək performanslı SiC keramika tozlarının əmələ gəlməsini asanlaşdırdı.

Nə üçün təzyiqsiz sinterləmə perspektivli bir texnika hesab olunurSiC keramika?

Təzyiqsiz sinterləmə yüksək perspektivli üsul kimi qəbul edilirsinterləmə SiC. Sinterləmə mexanizmindən asılı olaraq onu bərk fazalı sinterləmə və maye fazalı sinterləşdirməyə bölmək olar. S. Proehazka, ultra incə β-SiC tozuna (oksigen tərkibi 2%-dən aşağı olan) müvafiq miqdarda B və C əlavə etməklə və normal təzyiq altında 2020°C-də sinterləməklə SiC sinterlənmiş cisimlər üçün 98%-dən yuxarı nisbi sıxlığa nail olmuşdur. A. Mulla və b. 1850-1950°C temperaturda 0,5μm β-SiC (hissəcik səthində az miqdarda SiO2 olan) sinterləmək üçün Al2O3 və Y2O3-dən əlavələr kimi istifadə edərək, nəzəri sıxlığın 95%-dən çox nisbi sıxlığa və orta hesabla incə taxıllara nail olmuşdur. ölçüsü 1,5 μm.

İsti preslə sinterləmə necə gücləndirilirSiC keramika?

Nadeau qeyd etdi ki, təmiz SiC yalnız həddindən artıq yüksək temperaturda heç bir sinterləmə köməkçisi olmadan sıx sinterlənə bilər və bu, bir çoxlarını isti preslə sinterləşdirməni araşdırmağa vadar etdi. Çoxsaylı tədqiqatlar B, Al, Ni, Fe, Cr və digər metalların əlavə edilməsinin SiC-nin sıxlaşmasına təsirini araşdırdı, Al və Fe ilə isti preslə sinterləşməni təşviq etmək üçün ən təsirli olduğu tapıldı. F.F. Lange müxtəlif miqdarda Al2O3 ilə isti preslə sinterlənmiş SiC-nin performansını tədqiq etdi, sıxlaşmanı həlletmə-çökmə mexanizminə aid etdi. Bununla belə, isti preslə sinterləmə yalnız sadə formalı SiC komponentləri istehsal edə bilər və bir sinterləmə prosesində məhsulun miqdarı məhduddur, bu da onu sənaye istehsalı üçün daha az uyğun edir.

SiC üçün reaksiya sinterləməsinin üstünlükləri və məhdudiyyətləri nələrdir?

Reaksiya ilə sinterlənmiş SiCÖz-özünə bağlanan SiC olaraq da bilinir, kütləni artırmaq, məsaməliyi azaltmaq və güclü, ölçülü dəqiq bir məhsula sinterləşdirmək üçün məsaməli yaşıl cismin qaz və ya maye fazaları ilə reaksiya verməsini nəzərdə tutur. Proses α-SiC tozunun və qrafitin müəyyən nisbətdə qarışdırılmasını, təxminən 1650°C-yə qədər qızdırılmasını və yaşıl bədənə ərimiş Si və ya qaz halında olan Si ilə sızmağı əhatə edir ki, bu da qrafitlə reaksiyaya girərək β-SiC əmələ gətirir və mövcud α-SiC-ni bağlayır. hissəciklər. Tam Si infiltrasiya nəticəsində tam sıx, ölçü baxımından sabit reaksiyaya məruz qalmış cisim yaranır. Digər sinterləmə üsulları ilə müqayisədə, reaksiya sinterləmə sıxlaşdırma zamanı minimal ölçülü dəyişiklikləri əhatə edir və dəqiq komponentlərin istehsalına imkan verir. Bununla belə, sinterlənmiş gövdədə xeyli miqdarda SiC-nin olması yüksək temperaturun daha zəif işləməsinə səbəb olur.

Xülasə,SiC keramikatəzyiqsiz sinterləmə, isti presləmə, isti izostatik presləmə və reaksiya sinterləmə ilə istehsal olunan müxtəlif performans xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir.SiC keramikaisti presdən və isti izostatik presləmədən ümumiyyətlə daha yüksək sinterlənmiş sıxlıqlara və əyilmə gücünə malikdir, reaksiya ilə sinterlənmiş SiC isə nisbətən aşağı dəyərlərə malikdir. Mexanik xassələriSiC keramikamüxtəlif sinterləmə əlavələri ilə də dəyişir. Təzyiqsiz, isti pres və reaksiya ilə sinterlənmişSiC keramikagüclü turşulara və əsaslara yaxşı müqavimət göstərir, lakin reaksiya ilə sinterlənmiş SiC HF kimi güclü turşulara daha zəif korroziyaya davamlıdır. Yüksək temperatur performansı baxımından demək olar ki, hamısıSiC keramika900 ° C-dən aşağı güc artımı göstərir, reaksiya ilə sinterlənmiş SiC-nin əyilmə gücü isə sərbəst Si-nin olması səbəbindən 1400 ° C-dən yuxarı kəskin şəkildə azalır. Təzyiqsiz və isti izostatik preslərin yüksək temperatur performansıSiC keramikailk növbədə istifadə olunan əlavələrin növündən asılıdır.

Hər sinterləmə üsulu üçün isəSiC keramikaüstünlükləri var, texnologiyanın sürətli inkişafı davamlı təkmilləşdirmələri zəruri edirSiC keramikaperformans, istehsal texnologiyaları və xərclərin azaldılması. Aşağı temperaturda sinterlənməsinə nail olmaqSiC keramikaenerji istehlakını və istehsal xərclərini azaltmaq, bununla da sənayeləşməni təşviq etmək üçün çox vacibdirSiC keramikaməhsullar.**

Semicorex-də biz ixtisaslaşmışıqSiC keramikavə yarımkeçiricilərin istehsalında tətbiq olunan digər Keramika Materialları ilə bağlı hər hansı bir sualınız varsa və ya əlavə məlumatlara ehtiyacınız varsa, bizimlə əlaqə saxlamaqdan çəkinməyin.

Əlaqə telefonu: +86-13567891907

E-poçt: sales@semicorex.com