Silisyum Karbür Seramikler için Özel Hazırlama Teknikleri

Silisyum karbür (SiC) seramikMalzemeler, yüksek sıcaklık dayanımı, güçlü oksidasyon direnci, üstün aşınma direnci, termal stabilite, düşük termal genleşme katsayısı, yüksek termal iletkenlik, yüksek sertlik, termal şok direnci ve kimyasal korozyon direnci dahil olmak üzere bir dizi mükemmel özelliğe sahiptir. Bu özellikler SiC seramiklerini otomotiv, mekanik ve kimya endüstrileri, çevre koruma, uzay teknolojisi, bilgi elektroniği ve enerji gibi çeşitli alanlarda giderek daha uygulanabilir hale getirmektedir.SiC seramikleriÜstün performansları nedeniyle birçok endüstriyel sektörde vazgeçilmez bir yapısal seramik malzeme haline gelmiştir.

Geliştiren Yapısal Özellikler Nelerdir?SiC Seramikleri?

Üstün özellikleriSiC seramiklerikendilerine özgü yapılarıyla yakından ilişkilidir. SiC, Si-C bağının iyonik karakterinin yalnızca %12 olduğu çok güçlü kovalent bağlara sahip bir bileşiktir. Bu, mükemmel aşınma direnci sağlayan yüksek mukavemet ve büyük elastik modül ile sonuçlanır. Saf SiC, HCl, HNO3, H2SO4 veya HF gibi asit çözeltileri veya NaOH gibi alkali çözeltiler tarafından korozyona uğramaz. Havada ısıtıldığında oksitlenme eğilimi gösterse de yüzeyde SiO2 tabakasının oluşması oksijenin daha fazla difüzyonunu engeller, böylece oksidasyon hızı düşük kalır. Ek olarak SiC, küçük miktarlarda yabancı maddeler eklendiğinde iyi elektrik iletkenliği ve mükemmel termal iletkenlik ile yarı iletken özellikler sergiler.

SiC'nin Farklı Kristal Formları Özelliklerini Nasıl Etkiler?

SiC iki ana kristal formunda bulunur: α ve β. β-SiC, Si ve C'nin yüz merkezli kübik kafesler oluşturduğu kübik bir kristal yapıya sahiptir. α-SiC, 4H, 15R ve 6H dahil olmak üzere 100'den fazla politipte mevcuttur; 6H, endüstriyel uygulamalarda en yaygın kullanılanıdır. Bu politiplerin stabilitesi sıcaklığa göre değişir. 1600°C'nin altında SiC, β formunda bulunurken, 1600°C'nin üzerinde, β-SiC yavaş yavaş çeşitli α-SiC politiplerine dönüşür. Örneğin 4H-SiC 2000°C civarında oluşurken, 15R ve 6H politiplerinin kolaylıkla oluşabilmesi için 2100°C'nin üzerindeki sıcaklıklar gerekir. 6H politipi 2200°C'nin üzerinde bile stabil kalır. Bu politipler arasındaki serbest enerjideki küçük fark, en küçük safsızlıkların bile termal stabilite ilişkilerini değiştirebileceği anlamına gelir.

SiC Tozları Üretim Teknikleri Nelerdir?

SiC tozlarının hazırlanması, ham maddelerin başlangıç ​​durumuna bağlı olarak katı faz sentezi ve sıvı faz sentezi olarak sınıflandırılabilir.

Katı Faz Sentezinde Kullanılan Yöntemler Nelerdir? 

Katı faz sentezi öncelikle karbotermal indirgemeyi ve doğrudan silikon-karbon reaksiyonlarını içerir. Karbotermal indirgeme yöntemi Acheson işlemini, dikey fırın yöntemini ve yüksek sıcaklıkta döner fırın yöntemini kapsar. Acheson tarafından icat edilen Acheson işlemi, yüksek sıcaklık ve güçlü elektrik alanları altında elektrokimyasal reaksiyonla tahrik edilen bir Acheson elektrikli fırınında kuvars kumundaki silikanın karbonla indirgenmesini içerir. Bir asırdan uzun bir endüstriyel üretim geçmişine sahip olan bu yöntem, nispeten kaba SiC parçacıkları üretir ve büyük bir kısmı ısı olarak kaybedilen yüksek bir güç tüketimine sahiptir.

1970'lerde Acheson prosesindeki iyileştirmeler, 1980'lerde dikey fırınlar ve β-SiC tozunu sentezlemek için yüksek sıcaklıkta döner fırınlar gibi gelişmelere yol açtı ve 1990'larda daha da ilerleme sağlandı. Ohsaki ve ark. SiO2 ve Si tozu karışımının ısıtılmasından açığa çıkan SiO gazının aktif karbon ile reaksiyona girdiğini, sıcaklığın arttığını ve daha fazla SiO gazı açığa çıktıkça tozun spesifik yüzey alanının azaldığını ve tutma süresinin uzatıldığını buldu. Kendiliğinden yayılan yüksek sıcaklıkta sentezin bir uygulaması olan doğrudan silikon-karbon reaksiyonu yöntemi, reaktant gövdesinin harici bir ısı kaynağı ile ateşlenmesini ve prosesi sürdürmek için sentez sırasında açığa çıkan kimyasal reaksiyon ısısının kullanılmasını içerir. Reaksiyonu kontrol etmek zor olsa da bu yöntem düşük enerji tüketimine, basit ekipman ve proseslere ve yüksek verimliliğe sahiptir. Silikon ve karbon arasındaki zayıf ekzotermik reaksiyon, kimyasal fırınlar, doğru akım, ön ısıtma veya yardımcı elektrik alanları gibi ek enerji kaynakları gerektirerek, oda sıcaklığında tutuşmasını ve sürdürülmesini zorlaştırır.

SiC Tozu Sıvı Faz Yöntemleri Kullanılarak Nasıl Sentezlenir? 

Sıvı faz sentez yöntemleri sol-jel ve polimer ayrıştırma tekniklerini içerir. Ewell ve ark. ilk olarak sol-jel yöntemini önerdi ve bu yöntem daha sonra 1952 civarında seramik hazırlamaya uygulandı. Bu yöntem, homojen bir çözelti oluşturmak üzere düşük sıcaklıklarda çözünen alkoksit öncüllerini hazırlamak için sıvı kimyasal reaktifler kullanır. Uygun jelleştirici ajanların eklenmesiyle alkoksit, stabil bir sol sistemi oluşturmak üzere hidrolize ve polimerizasyona tabi tutulur. Uzun süreli bekletme veya kurutma sonrasında Si ve C moleküler düzeyde eşit şekilde karıştırılır. Bu karışımın 1460-1600°C'ye ısıtılması, ince SiC tozunun üretilmesi için bir karbotermal indirgeme reaksiyonuna neden olur. Sol-jel işleme sırasında kontrol edilecek temel parametreler arasında çözelti pH'ı, konsantrasyon, reaksiyon sıcaklığı ve süre yer alır. Bu yöntem, çeşitli eser bileşenlerin homojen olarak eklenmesini kolaylaştırır ancak sağlığa zararlı artık hidroksil ve organik çözücüler, yüksek hammadde maliyetleri ve işlem sırasında önemli ölçüde küçülme gibi dezavantajlara sahiptir.

Organik polimerlerin yüksek sıcaklıkta ayrışması SiC üretimi için başka bir etkili yöntemdir:

Jel polisiloksanların ısıtılarak küçük monomerlere ayrıştırılması, sonuçta SiO2 ve C'nin oluşturulması ve daha sonra SiC tozu üretmek için karbotermal indirgemeye tabi tutulması.

Polikarbosilanların küçük monomerlere ayrıştırılması için ısıtılması ve sonuçta SiC tozuyla sonuçlanan bir çerçeve oluşturulması. Yeni sol-jel teknikleri, SiO2 bazlı sol/jel malzemelerin üretimini mümkün kılarak, sinterleme ve sertleştirici katkı maddelerinin jel içerisinde homojen dağılımını sağlayarak, yüksek performanslı SiC seramik tozlarının oluşumunu kolaylaştırır.

Basınçsız Sinterleme Neden Gelecek Vaat Eden Bir Teknik Olarak Görülüyor?SiC Seramikleri?

Basınçsız sinterleme oldukça umut verici bir yöntem olarak kabul edilmektedir.sinterleme SiC. Sinterleme mekanizmasına bağlı olarak katı faz sinterlemesi ve sıvı faz sinterlemesi olarak ikiye ayrılabilir. S. Proehazka, ultra ince β-SiC tozuna (%2'nin altında oksijen içeriği ile) uygun miktarda B ve C ekleyerek ve normal basınç altında 2020°C'de sinterleyerek SiC sinterlenmiş gövdeler için %98'in üzerinde bir bağıl yoğunluğa ulaştı. A. Mulla ve ark. Al2O3 ve Y2O3'ü 1850-1950°C'de 0,5μm β-SiC'yi (parçacık yüzeyinde az miktarda SiO2 ile) sinterlemek için katkı maddesi olarak kullandı, teorik yoğunluğun %95'inden daha büyük bir bağıl yoğunluğa ve ortalama ince tanelere ulaştı 1,5μm boyutunda.

Sıcak Pres Sinterlemesi Nasıl Geliştirilir?SiC Seramikleri?

Nadeau, saf SiC'nin herhangi bir sinterleme yardımı olmadan yalnızca aşırı yüksek sıcaklıklarda yoğun bir şekilde sinterlenebileceğini belirtti ve bu da birçok kişiyi sıcak pres sinterlemeyi keşfetmeye teşvik etti. Çok sayıda çalışma B, Al, Ni, Fe, Cr ve diğer metallerin SiC'nin yoğunlaşması üzerindeki etkilerini incelemiş; Al ve Fe'nin sıcak pres sinterlemesini teşvik etmede en etkili olduğu bulunmuştur. F.F. Lange, yoğunlaştırmayı çözünme-yeniden çökeltme mekanizmasına bağlayarak, değişen miktarlarda Al2O3 içeren sıcak presle sinterlenmiş SiC'nin performansını araştırdı. Bununla birlikte, sıcak pres sinterleme yalnızca basit şekilli SiC bileşenleri üretebilir ve tek bir sinterleme işlemindeki ürün miktarı sınırlıdır, bu da onu endüstriyel üretim için daha az uygun hale getirir.

SiC için Reaksiyon Sinterlemesinin Faydaları ve Sınırlamaları Nelerdir?

Reaksiyonla sinterlenmiş SiCKendinden bağlı SiC olarak da bilinen bu yöntem, kütleyi artırmak, gözenekliliği azaltmak ve onu güçlü, boyutsal olarak doğru bir ürün halinde sinterlemek için gözenekli yeşil bir gövdenin gaz veya sıvı fazlarla reaksiyona sokulmasını içerir. İşlem, α-SiC tozu ve grafitin belirli bir oranda karıştırılmasını, yaklaşık 1650°C'ye ısıtılmasını ve yeşil gövdenin, grafit ile reaksiyona girerek β-SiC'yi oluşturarak mevcut α-SiC'yi bağlayan erimiş Si veya gaz halindeki Si ile süzülmesini içerir. parçacıklar. Tam Si infiltrasyonu, tamamen yoğun, boyutsal olarak kararlı, reaksiyonla sinterlenmiş bir gövdeyle sonuçlanır. Diğer sinterleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, reaksiyon sinterlemesi yoğunlaştırma sırasında minimum boyutsal değişiklikler içerir ve hassas bileşenlerin imalatına olanak tanır. Ancak sinterlenmiş gövdede önemli miktarda SiC bulunması, yüksek sıcaklık performansının düşmesine neden olur.

Özetle,SiC seramikleriBasınçsız sinterleme, sıcak pres sinterleme, sıcak izostatik presleme ve reaksiyon sinterleme ile üretilen malzemeler, değişen performans özellikleri sergiler.SiC seramikleriSıcak pres ve sıcak izostatik preslemeden elde edilenler genellikle daha yüksek sinterlenmiş yoğunluklara ve bükülme mukavemetlerine sahipken, reaksiyonla sinterlenmiş SiC nispeten daha düşük değerlere sahiptir. Mekanik özellikleriSiC seramiklerifarklı sinterleme katkı maddelerine göre de değişiklik gösterir. Basınçsız, sıcak pres ve reaksiyonla sinterlenmişSiC seramiklerigüçlü asitlere ve bazlara karşı iyi direnç gösterir, ancak reaksiyonla sinterlenmiş SiC, HF gibi güçlü asitlere karşı daha zayıf korozyon direncine sahiptir. Yüksek sıcaklık performansı açısından neredeyse hepsiSiC seramikleri900°C'nin altında mukavemet artışı gösterirken, reaksiyonla sinterlenmiş SiC'nin bükülme mukavemeti, serbest Si'nin varlığından dolayı 1400°C'nin üzerinde keskin bir şekilde azalır. Basınçsız ve sıcak izostatik preslenmiş yüksek sıcaklık performansıSiC seramikleriöncelikle kullanılan katkı maddelerinin türüne bağlıdır.

Her bir sinterleme yöntemi içinSiC seramikleriAvantajları olmasına rağmen, teknolojinin hızlı ilerlemesi, sürekli iyileştirmeleri zorunlu kılmaktadır.SiC seramikperformans, üretim teknikleri ve maliyetin azaltılması. Düşük sıcaklıkta sinterlemenin sağlanmasıSiC seramiklerienerji tüketiminin ve üretim maliyetlerinin düşürülmesi ve böylece sanayileşmenin teşvik edilmesi açısından hayati öneme sahiptir.SiC seramikürünler.**

Semicorex olarak biz şu konuda uzmanız:SiC Seramiklerive yarı iletken üretiminde uygulanan diğer Seramik Malzemeler hakkında sorularınız varsa veya ek ayrıntılara ihtiyacınız varsa lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.

İletişim telefonu: +86-13567891907

E-posta: sales@semicorex.com