مواد سيراميك سيليكون كربيد
بسبب مقاومة التآكل الممتازة, توصيل حراري, مقاومة الأكسدة, والخصائص الميكانيكية ذات الحرارة العالية المتميزة, كربيد السيليكون (SiC) تستخدم السيراميك على نطاق واسع في محامل الدقة, الأختام, دوارات التوربينات الغازية, المكونات البصرية, فوهات درجات الحرارة العالية, أجزاء المبادل الحراري, ومواد المفاعل النووي. لكن, يوضح الترابط التساهمي القوي ومعامل الانتشار المنخفض من SIC تحديات كبيرة في تحقيق تكثيف التلبيد أثناء التصنيع. هكذا, تعتبر عمليات التلبد ضرورية لإنتاج سيراميك SIC عالي الأداء.
Current methods for preparing dense SiC ceramics include رابط رد الفعل (شائع), غير مضغوط/التلبد في الغلاف الجوي (شائع), إعادة بلورة تلبيد, الضغط الساخن, والضغط المتساوي الساخن. تختلف خصائص السيراميك SIC اعتمادًا على عملية التصنيع. لذا, what do abbreviations like SSIC, السيسيك, RBSiC, و RSiC يمثل?
رد فعل كربيد السيليكون المستعبدين (RBSIC/SISIC)
نظرة عامة على العملية
مزيج متدرج من مسحوق كذا (1-10 ميكرون) والكربون يتشكل في جسم أخضر. في درجات حرارة عالية, يحدث تسلل السيليكون: يتفاعل السيليكون مع الكربون لتشكيل كذا إضافي, الترابط مع مصفوفة SIC الأصلية. توجد طريقتان من تسلل السيليكون:
- تسلل المرحلة السائل: في 1،450-1،470 درجة مئوية (نقطة الانصهار من السيليكون), يدخل السيليكون السائل المسام عبر الحركة الشعرية ويتفاعل مع الكربون.
- تسلل بخار المرحلة: فوق نقطة ذوبان السيليكون, بخار السيليكون يتسلل إلى الجسم الأخضر.
تدفق العملية:
مسحوق كذا + C مسحوق + الموثق → تشكيل ← تجفيف ← إزالة الموثق تحت جو وقائي → تسلل السيليكون ← ما بعد المعالجة.
ملاحظات رئيسية
- RBSiC contains 8-15 ٪ السيليكون الحر, making it a SI/SIC مركب rather than pure SiC.
- Free silicon limits operating temperatures to أقل من 1400 درجة مئوية; تتدهور القوة بشكل حاد فوق هذا بسبب ذوبان السيليكون.
- تسلل المرحلة البخارية يقلل من محتوى السيليكون الحرة (<10%), تحسين الأداء.
الخصائص والتطبيقات
- مزايا: درجة حرارة التلبد المنخفضة, فعاله من حيث التكلفه, تشكيل شبه الشبكة مع <3% انكماش, مثالي للمكونات الكبيرة/المعقدة (على سبيل المثال, أثاث الفرن, البوتقات, المبادلات الحرارية).
- التطبيقات: أجزاء RBSIC عالية النقاء (على سبيل المثال, أشباه الموصلات رقاقة معالجة تركيبات معالجة) استبدل الكوارتز في الإلكترونيات. Notable producers include UK’s تكريم and Japan’s زجاج أساهي.
- القيود: سيليكون الحرة يقلل من مقاومة التآكل والاستقرار الكيميائي (عرضة للقلويات/حمض HF).
التطبيق الكلاسيكي: فوهات حلزونية لفش الغاز, تبريد, وقمع النار.
(التطبيقات العامة للفوهات الحلزونية: تنظيف غاز العادم; تبريد الغاز; عمليات التنظيف والشطف; الحماية من الحرائق)
لسكويت الغلاف الجوي/الغلاف الجوي (pssic)
نظرة عامة على العملية
Sintering occurs at 2,000-2،150 درجة مئوية under inert gas without external pressure. إضافات (على سبيل المثال, البورون, كربون, y₂o₃-al₂o₃) تعزيز تكثيف. يوجد نوعان فرعيان:
- الحالة الصلبة كربيد متكلس (SSIC):
- اخترعها Prochazka (1974) باستخدام β-SIC مع إضافات B/C.
- حدود الحبوب النظيفة, استقرار درجة حرارة عالية (ما يصل إلى 1600 درجة مئوية), لكن الحبوب الخشنة ومتانة منخفضة الكسر.
- مرحلة السائل الملبد كذا (lsic):
- يستخدم إضافات y₂o₃ al₂o₃ لدرجات حرارة تلبيد أقل.
- حبيبات غرامة, تحسين المتانة عن طريق الكسر بين الحبيبية.
التطبيقات
ارتداء/أختام مقاومة للتآكل, رمان, والمكونات الهيكلية.
كربيد السيليكون المعاد بلورته (RSiC)
نظرة عامة على العملية
مساحيق SIC عالية النقاء (خشن + حبيبات غرامة) are sintered at 2,200-2450 درجة مئوية via التكثيف التبخر without additives. Non-densifying mechanism retains 10-20 ٪ المسامية.
الخصائص والتطبيقات
- مزايا: بنية مسامية (المسام المترابطة), نقاء فائقة عالية (>99% SiC), صدمة حرارية ممتازة/مقاومة كيميائية.
- التطبيقات: أثاث فرن درجة حرارة عالية, المحولات الحرارية الشمسية, مرشحات جسيمات الديزل, والمكونات المعدنية.
كربيد السيليكون المضغوط (HPSIC)
نظرة عامة على العملية
يلبد الضغط المتساقط الساخن (خاصرة) هو جعل المادة (مسحوق, بليت أو جسد متمرد) في عملية التدفئة يخضع لضغط متوازن مختلف, مع الأرجون الغاز الخامل أو النيتروجين كوسيلة نقل الضغط, بمساعدة درجة الحرارة العالية والضغط العالي لتعزيز عمل المفصل لتكثيف العملية.
يمكن تقسيم عملية الورك إلى فئتين:
1) تُغلف مساحيق السيراميك مباشرة بعد تلبية الورك, بمعنى آخر., مجموعة الحزمة من عملية الورك;
2) بواسطة المادة الخام من خلال القولبة (مجموعة متنوعة من السيراميك) يمكن أن تكون عملية صب), ما قبل الإشارة لتحقيق كثافة معينة, المادة ليست حالة مسام مفتوحة, ثم بدرجة حرارة عالية في الورك وارتفاع الضغط بعد العلاج.
صفات
- كثافة عالية, حبيبات غرامة, خصائص ميكانيكية متفوقة.
- القيود: التكلفة العالية, أدوات معقدة, تعقيد مكون محدود.
شرارة البلازما تلبد سيليكون كربيد (SPSSIC)
يمكن تحقيق تلبيد سريع وفعال للمواد في درجات حرارة منخفضة باستخدام تلبيس البلازما التفريغ (SPS).
أولاً, يتم وضع المادة الخام في قالب الجرافيت (على الرغم من أن تلبد البلازما التفريغ يشبه الضغط الساخن, لا يستخدم التسخين غير المباشر بواسطة مولد حرارة, لكن التيار يسخن القالب والمسحوق), ثم تزداد درجة الحرارة بسرعة ويتعرض البليت للضغط والتيار النبضي DC, ويتم الانتهاء من التلبيد في وقت قصير (عندما يكون التيار مرتفعًا جدًا, يولد جول الحرارة والبلازما في العينة, ويتحقق التكثيف السريع في الداخل 10 دقيقة). (عندما يكون التيار مرتفعًا, يتم إنشاء حرارة جول والبلازما في العينة, ويتحقق تكثيف سريع في الداخل 10 دقيقة, بكثافة نسبية 98-99.5%).
بالمقارنة مع تقنيات التلبد التقليدية لإعداد سيراميك كربيد السيليكون عالي الكثافة, تلبد البلازما التفريغ له معدل تسخين أسرع, درجة حرارة تلبد أقل, ووقت تلبد أقصر. في نفس الوقت, نظرًا لوقت تلبد البلازما القصيرة جدًا, يقتصر نمو الحبوب للمواد الخزفية بحيث يمكن الحفاظ على الحبوب الدقيقة والموحدة. على غرار الضغط الساخن والضغط المتساوي الساخن, يمكن أن يتم بأحجام أقل كبيرة.
خاتمة
السيراميك كربيد السيليكون يوضح براعة رائعة في جميع أنحاء الصناعات, مع عمليات التصنيع التي تملي خصائصها والتطبيقات النهائية. رابط رد الفعل (RBSIC/SISIC) يعطي الأولوية لكفاءة التكلفة وقابلية التوسع للكبير, مكونات معقدة, بينما تلبيس (SSIC/LSIC) يتفوق في إنتاج رقبة عالية, أجزاء مقاومة للاهتراء. إعادة بلورة كذا (RSiC) يزدهر في البيئات الحرارية المتطرفة والتآكل بسبب نقاويته الفائقة والهيكل المسامي, في حين أن كذا الساخنة (HP كذا) يوفر أداء ميكانيكي فائق للتخصص, مكونات بسيطة على شكل. تقنيات ناشئة مثل تلبد البلازما الشرارة زيادة سرعة المعالجة والدقة. يجب على المهندسين موازنة عوامل مثل ظروف التشغيل, نقاء المواد, التعقيد الهندسي, والميزانية لتحديد متغير SIC الأمثل, ضمان التوافق مع المتطلبات الصناعية المحددة وتعزيز الحدود التكنولوجية.
