Reaksiyonla Sinterlenmiş SiC Seramikleri ve Özellikleri Üzerine Bir Araştırma

Silisyum Karbür Neden Önemlidir?

Silisyum karbür (SiC), mükemmel aşınma direnci, termal şok direnci, korozyon direnci ve yüksek termal iletkenliği ile bilinen, silikon ve karbon atomları arasındaki kovalent bağlardan oluşan bir bileşiktir. Havacılık, mekanik imalat, petrokimya, metal eritme ve elektronik endüstrisinde, özellikle aşınmaya dayanıklı parçalar ve yüksek sıcaklığa dayanıklı yapısal bileşenlerin yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır.Reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür seramiklerendüstriyel ölçekte üretime ulaşan ilk yapısal seramikler arasındadır. Gelenekselreaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür seramiklerUzun sinterleme süreleri, yüksek sıcaklıklar, yüksek enerji tüketimi ve yüksek maliyetler gerektiren yüksek sıcaklıkta silikon infiltrasyon reaksiyonu sinterlemesi yoluyla silisyum karbür tozu ve az miktarda karbon tozundan yapılır. Reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür teknolojisinin artan uygulamasıyla birlikte, geleneksel yöntemler, karmaşık şekilli endüstriyel talebi karşılamakta yetersiz kalmaktadır.silisyum karbür seramikler.

Son Gelişmeler Nelerdir?Reaksiyonla Sinterlenmiş Silisyum Karbür?

Son gelişmeler, yüksek yoğunluklu, yüksek bükülme mukavemetli malzemelerin üretilmesine yol açmıştır.silisyum karbür seramiklernano boyutlu silisyum karbür tozu kullanılarak malzemenin mekanik özellikleri önemli ölçüde iyileştirildi. Bununla birlikte, ton başına onbinlerce doların üzerinde fiyatlandırılan nano boyutlu silisyum karbür tozunun yüksek maliyeti, büyük ölçekli uygulamayı engellemektedir. Bu çalışmada, karbon kaynağı olarak yaygın olarak bulunabilen odun kömürü ve agrega olarak mikron boyutlu silisyum karbür kullanıldı ve kayma döküm teknolojisi kullanıldı.reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür seramikyeşil bedenler. Bu yaklaşım, silisyum karbür tozunun ön sentezlenmesine olan ihtiyacı ortadan kaldırır, üretim maliyetlerini azaltır ve büyük, karmaşık şekilli ince duvarlı ürünlerin imalatına olanak tanıyarak, silikon karbür tozunun performansını ve uygulamasını geliştirmek için bir referans sağlar.reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür seramikler.

Kullanılan Hammaddeler Nelerdi?

Deneyde kullanılan hammaddeler şunları içerir:

Ortalama parçacık boyutu (d50) 3,6 μm ve saflığı (w(SiC)) ≥ %98 olan silisyum karbür

Ortalama parçacık boyutu (d50) 0,5 μm ve saflığı (w©) ≥ %99 olan karbon siyahı

Ortalama parçacık boyutu (d50) 10 μm ve saflığı (w©) ≥ %99 olan grafit

Dağıtıcılar: Polivinilpirolidon (PVP) K30 (K değeri 27-33) ve K90 (K değeri 88-96)

Su azaltıcı: Polikarboksilat CE-64

Serbest bırakma aracısı: AO

Deiyonize su

Deney Nasıl Gerçekleştirildi?

Deney şu şekilde gerçekleştirildi:

Homojen bir şekilde karıştırılmış bir bulamaç elde etmek için ham maddelerin Tablo 1'e göre bir elektrikli karıştırıcı kullanılarak 4 saat karıştırılması.

Bulamaç viskozitesi ≤ 1000 mPa·s tutularak, karışık bulamaç, kayan döküm için hazırlanan alçı kalıplarına döküldü, yeşil kütleler oluşturmak üzere 2-3 dakika boyunca alçı kalıpları boyunca dehidrasyonuna izin verildi.

Yeşil gövdeler 48 saat boyunca serin bir yere yerleştirildi, daha sonra kalıplardan çıkarıldı ve 80°C'deki vakumlu kurutma fırınında 4-6 saat kurutuldu.

Preformların elde edilmesi için yaş kütlelerin zamkının giderilmesi bir kül fırınında 800°C'de 2 saat süreyle gerçekleştirildi.

Ön kalıplar, 1:100:2000 kütle oranında karbon siyahı, silikon tozu ve bor nitrürden oluşan karışık bir toz içine gömüldü ve tamamen ince toz haline getirilmiş silisyum karbür seramikler elde etmek için 1720°C'de bir fırında 2 saat boyunca sinterlendi. .

Performans Testinde Hangi Yöntemler Kullanıldı?

Performans testleri şunları içeriyordu:

Oda sıcaklığında döner bir viskozimetre kullanılarak çeşitli karıştırma sürelerinde (1-5 saat) bulamacın viskozitesinin ölçülmesi.

GB/T 25995-2010 ulusal standardına uygun olarak ön kalıpların hacim yoğunluğunun ölçülmesi.

Sinterlenmiş numunelerin bükülme mukavemetinin GB/T 6569-2006'ya göre 1720°C'de, numune boyutları 3 mm × 4 mm × 36 mm, açıklık 30 mm ve yükleme hızı 0,5 mm·dak^-1 ile ölçülmesi .

Sinterlenmiş numunelerin faz bileşiminin ve mikro yapısının 1720°C'de XRD ve SEM kullanılarak analiz edilmesi.

Karıştırma Süresi Bulamacın Viskozitesini, Ön Form Hacim Yoğunluğunu ve Görünür Gözenekliliği Nasıl Etkiler?

Şekil 1 ve 2 sırasıyla numune 2# için karıştırma süresi ile bulamaç viskozitesi arasındaki ilişkiyi ve karıştırma süresi ile ön kalıp hacim yoğunluğu ve görünür gözeneklilik arasındaki ilişkiyi gösterir.

Şekil 1, karıştırma süresi arttıkça viskozitenin azaldığını, 4 saatte minimum 721 mPa·s'ye ulaştığını ve ardından stabil hale geldiğini göstermektedir.

Şekil 2, numune 2#'nin maksimum hacim yoğunluğunun 1,47 g·cm3-3 olduğunu ve minimum görünür gözenekliliğin %32,4 olduğunu göstermektedir. Daha düşük viskozite, daha iyi dağılıma neden olur, bu da daha düzgün bir bulamaca yol açar ve daha iyi bir sonuç verir.silisyum karbür seramikperformans. Yetersiz karıştırma süresi silisyum karbür ince tozunun eşit olmayan şekilde karıştırılmasına yol açarken, aşırı karıştırma süresi daha fazla suyun buharlaşmasına neden olarak sistemin dengesini bozar. Tamamen ince toz haline getirilmiş silisyum karbür seramiklerin hazırlanması için en uygun karıştırma süresi 4 saattir.

Tablo 2'de, grafit eklenmiş numune 2#'nin ve grafit eklenmemiş numune 6#'nın bulamaç viskozitesi, ön kalıp hacim yoğunluğu ve görünür gözenekliliği listelenmektedir. Grafit ilavesi bulamaç viskozitesini düşürür, ön kalıp hacim yoğunluğunu arttırır ve grafitin yağlama etkisine bağlı olarak görünür gözenekliliği azaltır, bu da daha iyi bir dağılım ve tamamen ince tozlu malzemenin yoğunluğunun artmasıyla sonuçlanır.silisyum karbür seramikler. Grafit olmadan bulamaç daha yüksek viskoziteye, daha zayıf dağılıma ve stabiliteye sahip olur ve bu da grafit ilavesini gerekli kılar.

Şekil 3, farklı karbon siyahı içeriğine sahip numunelerin ön kalıp hacim yoğunluğunu ve görünür gözenekliliğini gösterir. Numune 2#, 1,47 g·cm^-3 ile en yüksek hacim yoğunluğuna ve %32,4 ile en düşük görünen gözenekliliğe sahiptir. Ancak çok düşük gözeneklilik silikon infiltrasyonunu engeller.

Şekil 4, 1720°C'de numune 2# ön kalıplarının ve sinterlenmiş numunelerin XRD spektrumlarını gösterir. Preformlar grafit ve β-SiC içerirken, sinterlenmiş numuneler Si, β-SiC ve α-SiC içerir; bu da bazı β-SiC'lerin yüksek sıcaklıklarda α-SiC'ye dönüştüğünü gösterir. Sinterlenmiş numuneler ayrıca Si'nin C ile reaksiyona girerek SiC oluşturarak gözenekleri doldurduğu yüksek sıcaklıktaki silikon infiltrasyonu nedeniyle artan Si ve azalmış C içeriği gösterir.

Şekil 5, farklı numune preformlarının kırılma morfolojisini göstermektedir. Görüntülerde ince silisyum karbür, grafit ve gözenekler ortaya çıkıyor. 1#, 4# ve 5# numuneleri daha büyük pul fazlarına ve eşit olmayan karışım nedeniyle daha eşit olmayan şekilde dağıtılmış gözeneklere sahiptir, bu da düşük ön kalıp yoğunluğu ve yüksek gözeneklilik ile sonuçlanır. %5,94 (ağ) karbon siyahı içeren Numune 2#, optimal mikro yapıyı gösterir.

Şekil 6, 1720°C'de sinterlemeden sonra numune 2#'nin kırılma morfolojisini gösterir; minimum gözenekliliğe sahip, sıkı ve eşit şekilde dağıtılmış silisyum karbür parçacıkları gösterir. Silisyum karbür parçacıklarının büyümesi yüksek sıcaklık etkilerinden kaynaklanmaktadır. Reaksiyon sinterlemesinden elde edilen orijinal SiC iskelet parçacıkları arasında daha küçük yeni oluşturulmuş SiC parçacıkları da görülüyor; bir miktar artık Si orijinal gözenekleri dolduruyor, stres konsantrasyonunu azaltıyor ancak düşük erime noktası nedeniyle potansiyel olarak yüksek sıcaklık performansını etkiliyor. Sinterlenmiş ürünün hacim yoğunluğu 3,02 g·cm^-3 ve bükülme mukavemeti 580 MPa olup, sıradan mukavemetin iki katından fazladır.reaksiyonla sinterlenmiş silisyum karbür.

Sonuçlar

Tamamen ince toz halinde hazırlamak için kullanılan bulamaç için en uygun karıştırma süresisilisyum karbür seramikler4 saattir. Grafit eklemek bulamaç viskozitesini azaltır, ön kalıp hacim yoğunluğunu arttırır ve görünür gözenekliliği azaltarak tamamen ince tozlu malzemenin yoğunluğunu arttırır.silisyum karbür seramikler.

Tamamen ince toz haline getirilmiş silisyum karbür seramiklerin hazırlanması için optimum karbon siyahı içeriği %5,94'tür (w).

Sinterlenmiş silisyum karbür parçacıkları minimum gözeneklilik ile sıkı ve düzgün bir şekilde dağılmış olup, bir büyüme eğilimi göstermektedir. Sinterlenmiş ürün yoğunluğu 3,02 g·cm^-3 ve bükülme mukavemeti 580 MPa olup, tamamen ince tozlu malzemenin mekanik mukavemetini ve yoğunluğunu önemli ölçüde artırır.silisyum karbür seramikler.**

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