Kajian Mengenai Seramik SiC Tersinter Tindak Balas dan Sifatnya

Mengapa Silicon Carbide Penting?

Silikon karbida (SiC) ialah sebatian yang dibentuk oleh ikatan kovalen antara silikon dan atom karbon, yang terkenal dengan rintangan haus yang sangat baik, rintangan kejutan haba, rintangan kakisan, dan kekonduksian haba yang tinggi. Ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, pembuatan mekanikal, petrokimia, peleburan logam, dan industri elektronik, terutamanya untuk membuat bahagian tahan haus dan komponen struktur suhu tinggi.Seramik silikon karbida tersinter tindak balasadalah antara seramik struktur pertama yang mencapai pengeluaran berskala industri. Tradisionalseramik silikon karbida tersinter tindak balasdiperbuat daripada serbuk silikon karbida dan sedikit serbuk karbon melalui pensinteran tindak balas penyusupan silikon suhu tinggi, yang memerlukan masa pensinteran yang lama, suhu tinggi, penggunaan tenaga yang tinggi dan kos yang tinggi. Dengan penggunaan teknologi karbida silikon tersinter reaksi yang semakin meningkat, kaedah tradisional tidak mencukupi untuk memenuhi permintaan industri untuk berbentuk kompleks.seramik silikon karbida.

Apakah Pendahuluan Terkini dalamSilikon Karbida Tersinter Tindak Balas?

Kemajuan terkini telah membawa kepada pengeluaran berketumpatan tinggi, kekuatan lentur tinggiseramik silikon karbidamenggunakan serbuk silikon karbida bersaiz nano, meningkatkan sifat mekanikal bahan dengan ketara. Walau bagaimanapun, kos tinggi serbuk silikon karbida bersaiz nano, berharga lebih daripada puluhan ribu dolar setiap tan, menghalang penggunaan berskala besar. Dalam kerja ini, kami menggunakan arang kayu yang tersedia secara meluas sebagai sumber karbon dan karbida silikon bersaiz mikron sebagai agregat, menggunakan teknologi tuangan gelincir untuk menyediakanseramik silikon karbida tersinter tindak balasbadan hijau. Pendekatan ini menghapuskan keperluan untuk pra-sintesis serbuk silikon karbida, mengurangkan kos pengeluaran, dan membolehkan fabrikasi produk berdinding nipis yang besar dan berbentuk kompleks, menyediakan rujukan untuk meningkatkan prestasi dan penggunaanseramik silikon karbida tersinter tindak balas.

Apakah Bahan Mentah yang Digunakan?

Bahan mentah yang digunakan dalam eksperimen termasuk:

Silikon karbida dengan saiz zarah median (d50) 3.6 μm dan ketulenan (w(SiC)) ≥ 98%

Karbon hitam dengan saiz zarah median (d50) 0.5 μm dan ketulenan (w©) ≥ 99%

Grafit dengan saiz zarah median (d50) 10 μm dan ketulenan (w©) ≥ 99%

Penyebar: Polivinilpirolidon (PVP) K30 (nilai K 27-33) dan K90 (nilai K 88-96)

Pengurang air: Polikarboksilat CE-64

Ejen pelepas: AO

Air ternyahiion

Bagaimanakah Eksperimen Dijalankan?

Eksperimen telah dijalankan seperti berikut:

Mencampur bahan mentah mengikut Jadual 1 menggunakan pengadun elektrik selama 4 jam untuk mendapatkan buburan bercampur seragam.

Mengekalkan kelikatan buburan ≤ 1000 mPa·s, buburan campuran dituangkan ke dalam acuan gipsum yang disediakan untuk tuangan gelincir, dibiarkan dehidrasi melalui acuan gipsum selama 2-3 minit untuk membentuk badan hijau.

Badan hijau diletakkan di lokasi yang sejuk selama 48 jam, kemudian dikeluarkan dari acuan, dan dikeringkan dalam ketuhar pengeringan vakum pada suhu 80°C selama 4-6 jam.

Degumming badan hijau telah dilakukan dalam relau meredam pada 800°C selama 2 jam untuk mendapatkan prabentuk.

Prabentuk dibenamkan dalam serbuk campuran karbon hitam, serbuk silikon, dan boron nitrida dalam nisbah jisim 1:100:2000, dan disinter dalam relau pada 1720°C selama 2 jam untuk mendapatkan seramik silikon karbida serbuk halus sepenuhnya. .

Apakah Kaedah yang Digunakan untuk Ujian Prestasi?

Ujian prestasi termasuk:

Mengukur kelikatan buburan pada pelbagai masa pencampuran (1-5 jam) menggunakan viskometer berputar pada suhu bilik.

Mengukur ketumpatan volum prabentuk mengikut standard kebangsaan GB/T 25995-2010.

Mengukur kekuatan lentur sampel tersinter pada 1720°C mengikut GB/T 6569-2006, dengan dimensi sampel 3 mm × 4 mm × 36 mm, rentang 30 mm, dan kelajuan pemuatan 0.5 mm·min^-1 .

Menganalisis komposisi fasa dan struktur mikro sampel tersinter pada 1720°C menggunakan XRD dan SEM.

Bagaimanakah Masa Pencampuran Mempengaruhi Kelikatan Buburan, Ketumpatan Isipadu Prabentuk dan Keliangan Jelas?

Rajah 1 dan 2 masing-masing menunjukkan hubungan antara masa pencampuran dan kelikatan buburan untuk sampel 2#, dan hubungan antara masa pencampuran dan ketumpatan isipadu prabentuk dan keliangan ketara.

Rajah 1 menunjukkan bahawa apabila masa pencampuran meningkat, kelikatan berkurangan, mencapai minimum 721 mPa·s pada 4 jam dan kemudian menjadi stabil.

Rajah 2 menunjukkan bahawa sampel 2# mempunyai ketumpatan isipadu maksimum 1.47 g·cm^-3 dan keliangan ketara minimum 32.4%. Kelikatan yang lebih rendah menghasilkan penyebaran yang lebih baik, membawa kepada buburan yang lebih seragam dan bertambah baikseramik silikon karbidaprestasi. Masa pencampuran yang tidak mencukupi membawa kepada pencampuran serbuk halus silikon karbida yang tidak sekata, manakala masa pencampuran yang berlebihan menyejat lebih banyak air, menjejaskan kestabilan sistem. Masa pencampuran optimum untuk menyediakan seramik silikon karbida serbuk halus sepenuhnya ialah 4 jam.

Jadual 2 menyenaraikan kelikatan buburan, ketumpatan isipadu prabentuk, dan keliangan ketara sampel 2# dengan tambahan grafit dan sampel 6# tanpa ditambah grafit. Penambahan grafit merendahkan kelikatan buburan, meningkatkan ketumpatan isipadu prabentuk, dan mengurangkan keliangan ketara disebabkan oleh kesan pelinciran grafit, menghasilkan penyebaran yang lebih baik dan peningkatan ketumpatan serbuk halus sepenuhnya.seramik silikon karbida. Tanpa grafit, buburan mempunyai kelikatan yang lebih tinggi, penyebaran yang lebih lemah, dan kestabilan, menjadikan penambahan grafit diperlukan.

Rajah 3 memaparkan ketumpatan isipadu prabentuk dan keliangan ketara bagi sampel dengan kandungan karbon hitam yang berbeza. Sampel 2# mempunyai ketumpatan isipadu tertinggi 1.47 g·cm^-3 dan keliangan ketara terendah iaitu 32.4%. Walau bagaimanapun, keliangan yang terlalu rendah menghalang penyusupan silikon.

Rajah 4 menunjukkan spektrum XRD sampel 2# prabentuk dan sampel tersinter pada 1720°C. Preform mengandungi grafit dan β-SiC, manakala sampel tersinter mengandungi Si, β-SiC, dan α-SiC, menunjukkan beberapa β-SiC berubah menjadi α-SiC pada suhu tinggi. Sampel yang disinter juga menunjukkan peningkatan Si dan kandungan C yang berkurangan disebabkan oleh penyusupan silikon suhu tinggi, di mana Si bertindak balas dengan C untuk membentuk SiC, mengisi liang-liang.

Rajah 5 menunjukkan morfologi patah bagi prabentuk sampel yang berbeza. Imej mendedahkan silikon karbida, grafit, dan liang halus. Sampel 1#, 4#, dan 5# mempunyai fasa serpihan yang lebih besar dan lebih banyak liang teragih tidak sekata akibat pencampuran yang tidak sekata, menghasilkan ketumpatan prabentuk yang rendah dan keliangan yang tinggi. Sampel 2# dengan 5.94% (w) karbon hitam menunjukkan struktur mikro yang optimum.

Rajah 6 menunjukkan morfologi patah sampel 2# selepas pensinteran pada 1720°C, memaparkan zarah silikon karbida teragih padat dan seragam dengan keliangan minimum. Pertumbuhan zarah silikon karbida adalah disebabkan oleh kesan suhu tinggi. Zarah SiC yang lebih kecil yang baru terbentuk juga kelihatan di antara zarah rangka SiC asal daripada pensinteran tindak balas, dengan beberapa sisa Si mengisi liang asal, mengurangkan kepekatan tegasan tetapi berpotensi menjejaskan prestasi suhu tinggi disebabkan takat leburnya yang rendah. Produk tersinter mempunyai ketumpatan isipadu 3.02 g·cm^-3 dan kekuatan lentur 580 MPa, lebih dua kali ganda kekuatan biasasilikon karbida tersinter tindak balas.

Kesimpulan

Masa pencampuran optimum untuk buburan yang digunakan untuk menyediakan serbuk halus sepenuhnyaseramik silikon karbidaialah 4 jam. Menambah grafit mengurangkan kelikatan buburan, meningkatkan ketumpatan isipadu prabentuk, dan mengurangkan keliangan ketara, meningkatkan ketumpatan serbuk halus sepenuhnyaseramik silikon karbida.

Kandungan karbon hitam optimum untuk menyediakan seramik silikon karbida serbuk halus sepenuhnya ialah 5.94% (w).

Zarah silikon karbida tersinter diagihkan secara ketat dan seragam dengan keliangan minimum, menunjukkan trend pertumbuhan. Ketumpatan produk tersinter ialah 3.02 g·cm^-3, dan kekuatan lenturan ialah 580 MPa, meningkatkan kekuatan mekanikal dan ketumpatan serbuk halus sepenuhnya dengan ketara.seramik silikon karbida.**

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