Teknik Penyediaan Khusus untuk Seramik Silicon Carbide

Seramik silikon karbida (SiC).bahan mempunyai pelbagai sifat yang sangat baik, termasuk kekuatan suhu tinggi, rintangan pengoksidaan yang kuat, rintangan haus yang unggul, kestabilan haba, pekali pengembangan haba yang rendah, kekonduksian haba yang tinggi, kekerasan tinggi, rintangan kejutan haba dan rintangan kakisan kimia. Ciri-ciri ini menjadikan seramik SiC semakin boleh digunakan dalam pelbagai bidang seperti industri automotif, mekanikal dan kimia, perlindungan alam sekitar, teknologi angkasa, elektronik maklumat dan tenaga.seramik SiCtelah menjadi bahan seramik berstruktur yang tidak boleh ditukar ganti dalam banyak sektor perindustrian kerana prestasi cemerlangnya.

Apakah Ciri-ciri Struktur Yang MeningkatkanSeramik SiC?

Sifat unggul daripadaseramik SiCberkait rapat dengan struktur unik mereka. SiC ialah sebatian dengan ikatan kovalen yang sangat kuat, di mana watak ionik ikatan Si-C hanya kira-kira 12%. Ini menghasilkan kekuatan tinggi dan modulus anjal yang besar, memberikan rintangan haus yang sangat baik. SiC tulen tidak terhakis oleh larutan asid seperti HCl, HNO3, H2SO4, atau HF, mahupun oleh larutan alkali seperti NaOH. Walaupun ia cenderung untuk mengoksida apabila dipanaskan di udara, pembentukan lapisan SiO2 pada permukaan menghalang resapan oksigen selanjutnya, dengan itu mengekalkan kadar pengoksidaan yang rendah. Selain itu, SiC mempamerkan sifat semikonduktor, dengan kekonduksian elektrik yang baik apabila sejumlah kecil kekotoran diperkenalkan, dan kekonduksian terma yang sangat baik.

Bagaimanakah Bentuk Kristal SiC yang Berbeza Mempengaruhi Sifatnya?

SiC wujud dalam dua bentuk kristal utama: α dan β. β-SiC mempunyai struktur hablur padu, dengan Si dan C membentuk kekisi padu berpusat muka. α-SiC wujud dalam lebih 100 politaip, termasuk 4H, 15R, dan 6H, dengan 6H merupakan yang paling biasa digunakan dalam aplikasi industri. Kestabilan politip ini berbeza mengikut suhu. Di bawah 1600°C, SiC wujud dalam bentuk β, manakala di atas 1600°C, β-SiC secara beransur-ansur berubah menjadi pelbagai politip α-SiC. Sebagai contoh, 4H-SiC membentuk sekitar 2000°C, manakala politaip 15R dan 6H memerlukan suhu melebihi 2100°C untuk terbentuk dengan mudah. Politaip 6H kekal stabil walaupun melebihi 2200°C. Perbezaan kecil dalam tenaga bebas antara politip ini bermakna walaupun kekotoran kecil boleh mengubah hubungan kestabilan haba mereka.

Apakah Teknik untuk Menghasilkan Serbuk SiC?

Penyediaan serbuk SiC boleh dikategorikan kepada sintesis fasa pepejal dan sintesis fasa cecair berdasarkan keadaan awal bahan mentah.

Apakah Kaedah yang Terlibat dalam Sintesis Fasa Pepejal? 

Sintesis fasa pepejal terutamanya termasuk pengurangan karboterma dan tindak balas silikon-karbon langsung. Kaedah pengurangan karboterma merangkumi proses Acheson, kaedah relau menegak, dan kaedah relau berputar suhu tinggi. Proses Acheson, yang dicipta oleh Acheson, melibatkan pengurangan silika dalam pasir kuarza oleh karbon dalam relau elektrik Acheson, didorong oleh tindak balas elektrokimia di bawah suhu tinggi dan medan elektrik yang kuat. Kaedah ini, dengan sejarah pengeluaran perindustrian yang menjangkau lebih satu abad, menghasilkan zarah SiC yang agak kasar dan mempunyai penggunaan kuasa yang tinggi, yang kebanyakannya hilang sebagai haba.

Pada 1970-an, penambahbaikan kepada proses Acheson membawa kepada perkembangan pada 1980-an, seperti relau menegak dan relau putar suhu tinggi untuk mensintesis serbuk β-SiC, dengan kemajuan selanjutnya pada 1990-an. Ohsaki et al. mendapati bahawa gas SiO yang dibebaskan daripada memanaskan campuran serbuk SiO2 dan Si bertindak balas dengan karbon teraktif, dengan peningkatan suhu dan masa penahanan yang dilanjutkan mengurangkan luas permukaan spesifik serbuk apabila lebih banyak gas SiO dibebaskan. Kaedah tindak balas silikon-karbon langsung, aplikasi sintesis suhu tinggi merambat sendiri, melibatkan penyalaan jasad reaktan dengan sumber haba luaran dan menggunakan haba tindak balas kimia yang dibebaskan semasa sintesis untuk mengekalkan proses. Kaedah ini mempunyai penggunaan tenaga yang rendah, peralatan dan proses yang mudah, dan produktiviti yang tinggi, walaupun sukar untuk mengawal tindak balas. Tindak balas eksotermik yang lemah antara silikon dan karbon menjadikannya sukar untuk menyala dan bertahan pada suhu bilik, memerlukan sumber tenaga tambahan seperti relau kimia, arus terus, pemanasan awal atau medan elektrik tambahan.

Bagaimanakah Serbuk SiC Disintesis Menggunakan Kaedah Fasa Cecair? 

Kaedah sintesis fasa cecair termasuk teknik penguraian sol-gel dan polimer. Ewell et al. pertama kali mencadangkan kaedah sol-gel, yang kemudiannya digunakan untuk penyediaan seramik sekitar tahun 1952. Kaedah ini menggunakan reagen kimia cecair untuk menyediakan prekursor alkoksida, yang dibubarkan pada suhu rendah untuk membentuk larutan homogen. Dengan menambahkan agen pembentuk gel yang sesuai, alkoksida mengalami hidrolisis dan pempolimeran untuk membentuk sistem sol yang stabil. Selepas berdiri atau pengeringan berpanjangan, Si dan C dicampur secara seragam pada tahap molekul. Memanaskan campuran ini kepada 1460-1600°C mendorong tindak balas pengurangan karboterma untuk menghasilkan serbuk SiC halus. Parameter utama untuk dikawal semasa pemprosesan sol-gel termasuk pH larutan, kepekatan, suhu tindak balas dan masa. Kaedah ini memudahkan penambahan homogen pelbagai komponen surih tetapi mempunyai kelemahan seperti sisa hidroksil dan pelarut organik yang berbahaya kepada kesihatan, kos bahan mentah yang tinggi, dan pengecutan yang ketara semasa pemprosesan.

Penguraian suhu tinggi polimer organik adalah satu lagi kaedah yang berkesan untuk menghasilkan SiC:

Memanaskan polisoksanes gel untuk menguraikannya kepada monomer kecil, akhirnya membentuk SiO2 dan C, yang kemudiannya mengalami pengurangan karboterma untuk menghasilkan serbuk SiC.

Memanaskan polikarbosilanes untuk menguraikannya menjadi monomer kecil, membentuk rangka kerja yang akhirnya menghasilkan serbuk SiC. Teknik sol-gel terkini telah membolehkan penghasilan bahan sol/gel berasaskan SiO2, memastikan pengedaran homogen pensinteran dan aditif pengeras dalam gel, yang memudahkan pembentukan serbuk seramik SiC berprestasi tinggi.

Mengapa Pensinteran Tanpa Tekanan Dianggap sebagai Teknik Menjanjikan untukSeramik SiC?

Pensinteran tanpa tekanan dianggap sebagai kaedah yang sangat menjanjikan untukpensinteran SiC. Bergantung pada mekanisme pensinteran, ia boleh dibahagikan kepada pensinteran fasa pepejal dan pensinteran fasa cecair. S. Proehazka mencapai ketumpatan relatif melebihi 98% untuk badan tersinter SiC dengan menambahkan jumlah B dan C yang sesuai kepada serbuk β-SiC ultra-halus (dengan kandungan oksigen di bawah 2%) dan pensinteran pada 2020°C di bawah tekanan biasa. A. Mulla et al. menggunakan Al2O3 dan Y2O3 sebagai bahan tambahan untuk sinter 0.5μm β-SiC (dengan sedikit SiO2 pada permukaan zarah) pada 1850-1950°C, mencapai ketumpatan relatif lebih besar daripada 95% daripada ketumpatan teori dan butiran halus dengan purata saiz 1.5μm.

Bagaimana Pensinteran Akhbar Panas MeningkatkanSeramik SiC?

Nadeau menegaskan bahawa SiC tulen hanya boleh disinter padat pada suhu yang sangat tinggi tanpa sebarang bantuan pensinteran, mendorong ramai untuk meneroka pensinteran akhbar panas. Banyak kajian telah mengkaji kesan penambahan B, Al, Ni, Fe, Cr, dan logam lain pada pemekatan SiC, dengan Al dan Fe didapati paling berkesan untuk mempromosikan pensinteran akhbar panas. F.F. Lange menyiasat prestasi SiC tersinter tekan panas dengan jumlah Al2O3 yang berbeza-beza, mengaitkan ketumpatan kepada mekanisme pelarutan semula. Walau bagaimanapun, pensinteran tekan panas hanya boleh menghasilkan komponen SiC berbentuk ringkas, dan kuantiti produk dalam satu proses pensinteran adalah terhad, menjadikannya kurang sesuai untuk pengeluaran perindustrian.

Apakah Faedah dan Had Pensinteran Reaksi untuk SiC?

SiC tersinter tindak balas, juga dikenali sebagai SiC terikat sendiri, melibatkan tindak balas jasad hijau berliang dengan sama ada fasa gas atau cecair untuk meningkatkan jisim, mengurangkan keliangan dan mensinterkannya menjadi produk yang kukuh dan tepat dari segi dimensi. Proses ini melibatkan mencampurkan serbuk α-SiC dan grafit dalam nisbah tertentu, memanaskan hingga sekitar 1650°C, dan menyusup badan hijau dengan Si cair atau Si gas, yang bertindak balas dengan grafit untuk membentuk β-SiC, mengikat α-SiC sedia ada. zarah. Penyusupan Si lengkap menghasilkan badan tersinter reaksi padat sepenuhnya dan dimensi yang stabil. Berbanding dengan kaedah pensinteran yang lain, pensinteran tindak balas melibatkan perubahan dimensi yang minimum semasa ketumpatan, membolehkan pembuatan komponen yang tepat. Walau bagaimanapun, kehadiran sejumlah besar SiC dalam badan tersinter membawa kepada prestasi suhu tinggi yang lebih buruk.

Secara ringkasnya,seramik SiCdihasilkan oleh pensinteran tanpa tekanan, pensinteran tekan panas, penekanan isostatik panas, dan pensinteran tindak balas mempamerkan ciri prestasi yang berbeza-beza.seramik SiCdaripada penekan panas dan penekan isostatik panas secara amnya mempunyai ketumpatan tersinter dan kekuatan lentur yang lebih tinggi, manakala SiC tersinter tindak balas mempunyai nilai yang lebih rendah. Sifat mekanikal bagiseramik SiCjuga berbeza dengan bahan tambahan pensinteran yang berbeza. Tanpa tekanan, penekan panas, dan tersinter reaksiseramik SiCmempamerkan rintangan yang baik terhadap asid dan bes kuat, tetapi SiC yang disinter tindak balas mempunyai rintangan kakisan yang lebih lemah kepada asid kuat seperti HF. Dari segi prestasi suhu tinggi, hampir semuaseramik SiCmenunjukkan peningkatan kekuatan di bawah 900°C, manakala kekuatan lentur SiC tersinter tindak balas berkurangan secara mendadak melebihi 1400°C disebabkan kehadiran Si bebas. Prestasi suhu tinggi penekan isostatik tanpa tekanan dan panasseramik SiCterutamanya bergantung pada jenis aditif yang digunakan.

Manakala setiap kaedah pensinteran untukseramik SiCmempunyai kelebihannya, kemajuan pesat teknologi memerlukan penambahbaikan yang berterusan dalamSeramik SiCprestasi, teknik pembuatan, dan pengurangan kos. Mencapai pensinteran suhu rendah bagiseramik SiCadalah penting untuk mengurangkan penggunaan tenaga dan kos pengeluaran, dengan itu menggalakkan perindustrianSeramik SiCproduk.**

Kami di Semicorex pakar dalamSeramik SiCdan Bahan Seramik lain yang digunakan 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