Tinjauan 9 Teknik Pensinteran untuk Seramik Silikon Karbida

Silikon karbida (SiC), seramik berstruktur yang terkenal, terkenal dengan sifatnya yang luar biasa, termasuk kekuatan suhu tinggi, kekerasan, modulus anjal, rintangan haus, kekonduksian terma dan rintangan kakisan. Atribut ini menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi, daripada kegunaan industri tradisional dalam perabot tanur suhu tinggi, muncung penunu, penukar haba, gelang pengedap, dan galas gelongsor, kepada aplikasi canggih seperti perisai balistik, cermin angkasa, chuck wafer semikonduktor, dan pelapisan bahan api nuklear.

Proses pensinteran adalah penting dalam menentukan sifat akhir bagiseramik SiC. Penyelidikan yang meluas telah membawa kepada pembangunan pelbagai teknik pensinteran, bermula daripada kaedah yang telah ditetapkan seperti pensinteran tindak balas, pensinteran tanpa tekanan, pensinteran penghabluran semula, dan penekanan panas, kepada inovasi yang lebih terkini seperti pensinteran plasma percikan, pensinteran kilat dan pensinteran tekanan berayun.

Berikut adalah pandangan yang lebih dekat pada sembilan yang terkenalSeramik SiCteknik pensinteran:

1. Penekanan Panas:

Dipelopori oleh Alliegro et al. di Syarikat Norton, menekan panas melibatkan penggunaan haba dan tekanan secara serentak pada aSerbuk SiCpadat dalam dadu. Kaedah ini membolehkan ketumpatan dan pembentukan serentak. Walaupun berkesan, menekan panas memerlukan peralatan yang kompleks, acuan khusus dan kawalan proses yang ketat. Hadnya termasuk penggunaan tenaga yang tinggi, kerumitan bentuk terhad dan kos pengeluaran yang tinggi.

2. Pensinteran Reaksi:

Pertama kali dicadangkan oleh P. Popper pada tahun 1950-an, pensinteran tindak balas melibatkan pencampuranSerbuk SiCdengan sumber karbon. Badan hijau, yang terbentuk melalui tuangan gelincir, penekanan kering, atau penekanan isostatik sejuk, mengalami proses penyusupan silikon. Pemanasan melebihi 1500°C dalam vakum atau suasana lengai mencairkan silikon, yang menyusup ke dalam badan berliang melalui tindakan kapilari. Silikon cecair atau gas bertindak balas dengan karbon, membentuk in-situ β-SiC yang terikat dengan zarah SiC sedia ada, menghasilkan seramik yang padat.

SiC terikat tindak balas mempunyai suhu pensinteran yang rendah, keberkesanan kos dan ketumpatan tinggi. Pengecutan yang boleh diabaikan semasa pensinteran menjadikannya amat sesuai untuk komponen yang besar dan berbentuk kompleks. Aplikasi biasa termasuk perabot tanur suhu tinggi, tiub berseri, penukar haba dan muncung penyahsulfurisasi.

Laluan Proses Semicorex Bot RBSiC

3. Pensinteran Tanpa Tekanan:

Dibangunkan oleh S. Prochazka et al. pada GE pada tahun 1974, pensinteran tanpa tekanan menghapuskan keperluan untuk tekanan luaran. Ketumpatan berlaku pada 2000-2150°C di bawah tekanan atmosfera (1.01×105 Pa) dalam suasana lengai dengan bantuan bahan tambahan pensinteran. Pensinteran tanpa tekanan boleh dikategorikan lagi kepada pensinteran keadaan pepejal dan fasa cecair.

Pensinteran tanpa tekanan keadaan pepejal mencapai ketumpatan tinggi (3.10-3.15 g/cm3) tanpa fasa kaca antara butiran, menghasilkan sifat mekanikal suhu tinggi yang luar biasa, dengan suhu penggunaan mencapai 1600°C. Walau bagaimanapun, pertumbuhan bijirin yang berlebihan pada suhu pensinteran yang tinggi boleh menjejaskan kekuatan secara negatif.

Pensinteran tanpa tekanan fasa cecair meluaskan skop aplikasi seramik SiC. Fasa cecair, yang terbentuk dengan mencairkan satu komponen atau tindak balas eutektik berbilang komponen, meningkatkan kinetik ketumpatan dengan menyediakan laluan difusi yang tinggi, membawa kepada suhu pensinteran yang lebih rendah berbanding dengan pensinteran keadaan pepejal. Saiz butiran halus dan fasa cecair intergranular sisa dalam SiC tersinter fasa cecair menggalakkan peralihan daripada patah transgranular kepada intergranular, meningkatkan kekuatan lentur dan keliatan patah.

Pensinteran tanpa tekanan ialah teknologi matang dengan kelebihan seperti keberkesanan kos dan kepelbagaian bentuk. SiC tersinter keadaan pepejal, khususnya, menawarkan ketumpatan tinggi, struktur mikro seragam, dan prestasi keseluruhan yang sangat baik, menjadikannya sesuai untuk komponen tahan haus dan kakisan seperti gelang pengedap dan galas gelongsor.

Perisai Silikon Karbida Tersinter Tanpa Tekanan

4. Pensinteran Penghabluran Semula:

Pada tahun 1980-an, Kriegesmann menunjukkan fabrikasi penghabluran semula berprestasi tinggiseramik SiCdengan tuangan gelincir diikuti dengan pensinteran pada 2450°C. Teknik ini cepat diterima pakai untuk pengeluaran berskala besar oleh FCT (Jerman) dan Norton (AS).

SiC terhablur semula melibatkan pensinteran jasad hijau yang terbentuk dengan membungkus zarah SiC dengan saiz yang berbeza. Zarah halus, diedarkan secara seragam dalam celahan zarah yang lebih kasar, menyejat dan terpeluwap pada titik sentuhan zarah yang lebih besar pada suhu melebihi 2100°C di bawah suasana terkawal. Mekanisme penyejatan-kondensasi ini membentuk sempadan butiran baru pada leher zarah, yang membawa kepada pertumbuhan butiran, pembentukan leher, dan badan tersinter dengan keliangan sisa.

Ciri utama SiC terhablur semula termasuk:

Pengecutan Minimum: Ketiadaan sempadan butiran atau resapan isipadu semasa pensinteran mengakibatkan pengecutan yang boleh diabaikan.

Pembentukan Near-Net: Ketumpatan tersinter kekal hampir sama dengan ketumpatan badan hijau.

Sempadan Bijian Bersih: SiC terhablur semula mempamerkan sempadan bijian bersih tanpa fasa kaca atau kekotoran.

Keliangan Sisa: Badan tersinter biasanya mengekalkan keliangan 10-20%.

5. Penekanan Isostatik Panas (HIP):

HIP menggunakan tekanan gas lengai (biasanya argon) untuk meningkatkan ketumpatan. Padat serbuk SiC, dimeterai dalam bekas kaca atau logam, tertakluk kepada tekanan isostatik dalam relau. Apabila suhu meningkat kepada julat pensinteran, pemampat mengekalkan tekanan gas awal beberapa megapascal. Tekanan ini meningkat secara beransur-ansur semasa pemanasan, mencecah sehingga 200 MPa, dengan berkesan menghapuskan liang dalaman dan mencapai ketumpatan tinggi.

6. Pensinteran Plasma Percikan (SPS):

SPS ialah teknik metalurgi serbuk baru untuk menghasilkan bahan padat, termasuk logam, seramik, dan komposit. Ia menggunakan nadi elektrik bertenaga tinggi untuk menjana arus elektrik berdenyut dan plasma percikan antara zarah serbuk. Pemanasan setempat dan penjanaan plasma ini berlaku pada suhu yang agak rendah dan tempoh yang singkat, membolehkan pensinteran pantas. Proses ini berkesan membuang bahan cemar permukaan, mengaktifkan permukaan zarah, dan menggalakkan ketumpatan pantas. SPS telah berjaya digunakan untuk membuat seramik SiC padat menggunakan Al2O3 dan Y2O3 sebagai alat pensinteran.

7. Pensinteran Gelombang Mikro:

Tidak seperti pemanasan konvensional, pensinteran gelombang mikro memanfaatkan kehilangan dielektrik bahan dalam medan elektromagnet gelombang mikro untuk mencapai pemanasan volumetrik dan pensinteran. Kaedah ini menawarkan kelebihan seperti suhu pensinteran yang lebih rendah, kadar pemanasan yang lebih cepat dan ketumpatan yang lebih baik. Pengangkutan jisim yang dipertingkatkan semasa pensinteran gelombang mikro juga menggalakkan struktur mikro berbutir halus.

8. Pensinteran Kilat:

Pensinteran kilat (FS) telah mendapat perhatian kerana penggunaan tenaga yang rendah dan kinetik pensinteran ultra pantas. Proses ini melibatkan penggunaan voltan merentasi badan hijau dalam relau. Apabila mencapai suhu ambang, peningkatan arus tidak linear secara tiba-tiba menjana pemanasan Joule yang pantas, membawa kepada ketumpatan hampir serta-merta dalam beberapa saat.

9. Pensinteran Tekanan Osilasi (OPS):

Memperkenalkan tekanan dinamik semasa pensinteran mengganggu interlocking dan aglomerasi zarah, mengurangkan saiz liang dan pengedaran. Ini menghasilkan struktur mikro yang sangat padat, berbutir halus dan homogen, menghasilkan seramik berkekuatan tinggi dan boleh dipercayai. Dipelopori oleh pasukan Xie Zhipeng di Universiti Tsinghua, OPS menggantikan tekanan statik malar dalam pensinteran konvensional dengan tekanan ayunan dinamik.

OPS menawarkan beberapa kelebihan:

Ketumpatan Hijau Dipertingkat: Tekanan ayunan berterusan menggalakkan penyusunan semula zarah, meningkatkan ketumpatan hijau padat serbuk dengan ketara.

Peningkatan Daya Penggerak Pensinteran: OPS menyediakan daya penggerak yang lebih besar untuk pemekatan, meningkatkan putaran butiran, gelongsor dan aliran plastik. Ini amat berfaedah semasa peringkat akhir pensinteran, di mana kekerapan ayunan terkawal dan amplitud berkesan menghapuskan liang sisa pada sempadan butiran.

Gambar Peralatan Pensinteran Tekanan Osilasi

Perbandingan Teknik Biasa:

Antara teknik ini, pensinteran tindak balas, pensinteran tanpa tekanan, dan pensinteran penghabluran semula digunakan secara meluas untuk pengeluaran SiC perindustrian, masing-masing dengan kelebihan unik, menghasilkan struktur mikro, sifat dan aplikasi yang berbeza.

SiC terikat tindak balas:Menawarkan suhu pensinteran yang rendah, keberkesanan kos, pengecutan minimum dan ketumpatan tinggi, menjadikannya sesuai untuk komponen yang besar dan berbentuk kompleks. Aplikasi biasa termasuk perabot tanur suhu tinggi, muncung penunu, penukar haba dan pemantul optik.

SiC tersinter tanpa tekanan:Memberikan keberkesanan kos, kepelbagaian bentuk, ketumpatan tinggi, struktur mikro seragam, dan sifat keseluruhan yang sangat baik, menjadikannya ideal untuk komponen ketepatan seperti pengedap, galas gelongsor, perisai balistik, pemantul optik dan chuck wafer semikonduktor.

SiC terhablur semula:Mempunyai fasa SiC tulen, ketulenan tinggi, keliangan tinggi, kekonduksian terma yang sangat baik dan rintangan kejutan haba, menjadikannya sesuai untuk perabot tanur suhu tinggi, penukar haba dan muncung penunu.**

Kami di Semicorex pakar dalamSeramik SiC dan lain-lainBahan Seramikdigunakan dalam pembuatan semikonduktor, jika anda mempunyai sebarang pertanyaan atau memerlukan butiran tambahan, sila jangan teragak-agak untuk menghubungi kami.

Telefon untuk dihubungi: +86-13567891907

E-mel: sales@semicorex.com