Omkrystalliseret membran

 

Sinteret siliciumcarbid og omkrystalliseret siliciumcarbid, som repræsentanter for keramiske materialer med højtydende keramiske materialer, bruges i vid udstrækning i mange industrielle felter. De to har imidlertid deres egne fordele i forberedelsesproces, mikrostruktur og præstationsegenskaber. Sinteret siliciumcarbid fremstilles ved sintringspulver under høj temperatur og højt tryk. Det har en tæt og hård struktur og findes i form af fase -krystaller. Det har ekstremt høj hårdhed og er et ideelt valg til bremser, lejer og andre komponenter i felterne Automotive og Aerospace. Omkrystalliseret siliciumcarbid bruger på den anden side frøvækstteknologi. Det er oprindeligt i fase og kan konverteres til højtydende fase efter behandling. Det har fremragende høj temperaturstyrke, hårdhed og slidstyrke. Det er vidt brugt i sæler, guide -skinner osv. I felterne med petrokemikalier, maskinerproduktion osv. I resumé afspejles forskellen mellem sintret siliciumcarbid og omkrystalliseret siliciumcarbid hovedsageligt i fremstillingsmetoden og de resulterende mikrostrukturer og ydeevneegenskaber. Når man vælger det, er det nødvendigt at veje det efter behovene i det specifikke applikationsscenarie.

 

 

 

Som et vigtigt strukturelt keramisk materiale anvendes siliciumcarbid ikke kun i traditionelle industrielle felter, såsom høje-temperaturovneværktøjer, forbrændingsdyser, varmevekslere, forseglingsringe og glidningslejer, men også som skudsikker rustningsmateriale, rumreflektorer, armaturmateriale i halvlederen WAFER-præparat og kernebrændstof klæber materiale på grund af dets fremragende høje-tempinmekanis Elastisk modul, høj slidstyrke, høj termisk ledningsevne og korrosionsbestandighed.

 

Sintringprocessen med siliciumcarbidkeramik er meget vigtig. Efter forskning og efterforskning af mange forskere er der udviklet forskellige sintringsteknologier, herunder reaktionsintring, atmosfærisk tryksintering, omkrystallisations sintring, varm presserende sintring, varm isostatisk presning af sintring og nye sintringsteknologier i de sidste to årtier, såsom gnistplasma -sintring, blitz fyring og oscillating pressetrykketteknologi.

 

Hot Pressing Sintering

Alliegro og andre fra Norton Company i USA har opfundet en varm pressende sintringsmetode til fremstilling af siliciumcarbidkeramik. Siliciumcarbidpulver udfyldes i formen, og et bestemt tryk opretholdes under opvarmningsprocessen, og til sidst opnås en sintringsmetode, hvor støbning og sintring afsluttes samtidig. Egenskaberne ved varm presserende sintring er, at opvarmning og tryk udføres samtidigt, og sintringstøbning af siliciumcarbid opnås under kontrol af passende tryk-temperatur-tidsprocesbetingelser. Ulemperne ved varm presserende sintring er, at maskiner og udstyr er komplekse, formmaterialekravene er høje, produktionsprocesskravene er strenge, det er kun egnet til forberedelse af dele med enkle former, og energiforbruget er stort, produktionseffektiviteten er lav, og produktionsomkostningerne er høje.

 

 

Reaktion sintring

Reaktionssintring af siliciumcarbid blev først foreslået af P. Popper i 1950'erne. Processen er at blande carbonkilden og siliciumcarbidpulver, forberede det tomme ved glidinjektionsstøbning, tør presning eller koldt isostatisk pressestøbning og derefter udføre siliconiseringsreaktion, dvs. opvarmes tomt til over 1500 grader under vakuum eller inert atmosfære, og den faste silicium smelter til flydende silicon, der trængt ind i pore-containing-tomt-capillary-handlingen. Flydende silicium- eller siliciumdamp reagerer kemisk med C i den grønne krop, og den genererede in-situ-SSIC kombineres med de originale SIC-partikler i den grønne krop for at danne reaktions-sintret siliciumcarbid-keramiske materialer. Processens flowdiagram er som følger:

Fordelene ved reaktions-sintret siliciumcarbid er lav sintringstemperatur, lave produktionsomkostninger og høje materialetætning. Især er der næsten ingen volumenkrympning under reaktionssintringsprocessen, som er især velegnet til fremstilling af store og komplekse formede strukturelle dele. Højtemperaturovnmaterialer, strålingsrør, varmevekslere, desulfuriseringsdyser osv. Er alle typiske anvendelser af reaktions-sintret siliciumcarbidkeramik.

 

Atmosfærisk tryk sintring

Opfundet af S. Prochazka og andre af GE i USA i 1974. Atmosfærisk tryksintering af siliciumcarbid er at densificere prøver af forskellige former og størrelser ved 2000-2150 grad uden at anvende eksternt tryk, det er normalt under 1,01 × 105pa tryk og inert atmosfæreforhold, ved at tilføje egnede sider. Den trykløse sintring af siliciumcarbid kan opdeles i to processer: sintring af fast fase og sintring af flydende fase.

 

Solid fase trykløs sintring af siliciumcarbid kan opnå en høj densitet på 3. 10-3. 15g/cm3, og der er ingen glasfase mellem krystaller. Det har fremragende mekaniske egenskaber med høj temperatur, og dens brugstemperatur kan nå 1600 grader. Det skal dog bemærkes, at når sintringstemperaturen for fastfaset sintret siliciumcarbid er for høj, kan det medføre, at dets korn er for store og reducerer materialets bøjningsstyrke.

Fremkomsten af ​​flydende fase -trykløs sintring af siliciumcarbid har yderligere udvidet påføringsområdet af siliciumcarbid -keramiske materialer. Udseendet af flydende fase i flydende fasesintering dannes normalt ved smeltning af en enkelt komponent og eutektikken af ​​to eller flere komponenter. Genereringen af ​​flydende fase tilvejebringer en høj diffusionshastighedssti til at øge sintringshastigheden, så flydende fasesintering har fordelen ved lavere temperatur end faststof -sintring, og kornstørrelsen er lille. Den flydende fase, der er tilbage mellem krystaller, ændrer brudtilstand for siliciumcarbidkeramik fra transgranulær brud til intergranulær brud og forbedrer derved materialets bøjningsstyrke og brudhårdhed. Den trykløse sintringsteknologi af SIC er blevet moden. Dens fordele er lave produktionsomkostninger og ingen begrænsninger for formen og størrelsen på produktet. Især har fastfaset sintret SIC-keramik høj densitet, ensartet mikrostruktur og fremragende omfattende materialestyring. Slidbestandige og korrosionsbestandige tætningsringe og glidelejer, der er vidt anvendt i industrien, er hovedsageligt tryk-sintret siliciumcarbid.

 

Omkrystallisations sintring

I 1980'erne forberedte Kriegesmann grønne kroppe ved glideinjektionsstøbning og tilberedt omkrystalliseret siliciumcarbidkeramiske materialer med fremragende ydelse ved 2450 grader, som snart blev masseproduceret af FCT af Tyskland og Norton i De Forenede Stater. Omkrystalliserede SIC -keramiske materialer er SIC -partikler med forskellige partikelstørrelser, der er klassificeret i et bestemt forhold og dannes til emner. De fine partikler i emnerne kan fordeles jævnt i porerne mellem de grove partikler. Derefter, ved en høj temperatur på mere end 2100 grader og en bestemt strøm af beskyttende atmosfære, fordampes og kondenseres SIC -fine partikler gradvist og bundfald ved kontaktpunkterne på de grove partikler, indtil de fine partikler helt forsvinder. Som et resultat af denne fordampningskondenseringsmekanisme dannes nye korngrænser ved partiklernes hals, hvilket får fine partikler til at blive migreret, hvilket danner en brostruktur mellem store partikler og en sintret krop med en bestemt porøsitet.

 

På grund af den unikke sintringsmekanisme og proces med omkrystalliseret SIC, har den følgende egenskaber:

1) Fordi der ikke er korngrænse eller volumendiffusion under sintringsprocessen og fordampningskondensation og overfladediffusion ikke reducerer afstanden mellem SIC -partikler, er der næsten ingen volumenkrympning under sintringsprocessen;

2) densiteten af ​​den omkrystalliserede SIC -blank stiger næppe efter sintring;

3) omkrystalliseret SIC har meget klare og rene korngrænser uden glasfase og urenheder;

4) Det omkrystalliserede SIC -produkt efter sintring indeholder 10% til 20% resterende porøsitet.

 

Varm isostatisk presserende sintring

Hot isostatisk presning er en proces, der bruger inert højtryksgas (såsom argon) til at fremme materialetætningssintring. Siliciumcarbidpulveren er forseglet i en glas- eller metalbeholder under vakuum. Under den varme isostatiske presseproces, når prøven opvarmes til sintringstemperaturen, opretholder kompressoren et indledende gastryk på flere MPa. Under opvarmningsprocessen øges gastrykket gradvist til så højt som 200 MPa, og det isostatiske gastryk bruges til at eliminere de indre porer i materialet for at opnå fortætning.

 

Spark Plasma Sintering

Spark Plasma Sintering -teknologi er en ny pulvermetallurgisk teknologi til fremstilling af bulkmaterialer. Den bruger elektriske gnister med høj energi til at afslutte sintringsprocessen for prøven ved en lavere temperatur og på kortere tid. Det kan bruges til at fremstille metalmaterialer, keramiske materialer og sammensatte materialer. Under sintringsprocessen kan den øjeblikkelige udladning mellem partikler og plasma med høj temperatur bryde eller fjerne urenheder (såsom oxidfilm osv.) Og adsorberede gasser på overfladen af ​​pulverpartiklerne, aktivere overfladen af ​​pulverpartiklerne og forbedre sintringskvaliteten og effektiviteten. Ved hjælp af Spark Plasma Sintering -teknologi er SIC -mikropowders med Al2O3 og Y2O3 sintringshjælpemidler hurtigt sintret for at opnå tæt siliciumcarbidkeramik.

 

Mikrobølge -sintring

Sammenlignet med traditionelle sintringsprocesser bruger mikrobølgeoprykning det dielektriske tab af materialer i mikrobølgeelektromagnetiske felter til at opvarme materialerne som helhed til sintringstemperaturen for at opnå sintring og fortætning. Sammenlignet med konventionelle sintringsmetoder har mikrobølgeindtining mange fordele, såsom lav sintringstemperatur, hurtig opvarmningshastighed, god materialetæthed osv. På samme tid accelererer mikrobølgerekintring masseoverførselsprocessen for materialer, så finkornede materialer kan opnås.

 

Flash sintring

Flash Sintering (FS) har fordelene ved lavt energiforbrug og ultrahurtig sintringshastighed. I de senere år er det også blevet anvendt til sintringsforskningen af ​​siliciumcarbid. Flash -sintring henviser til den direkte påføring af spænding til prøven, når der opvarmes i en opvarmningsovn. Når en bestemt tærskeltemperatur er nået, genererer den pludselige ikke -lineære stigning i strømmen hurtigt Joule Heat, og prøven kan hurtigt fortættes inden for få sekunder.

 

Svingende tryksintering

Indførelsen af ​​dynamisk tryk under sintringsprocessen er befordrende for at bryde selvlåsning og agglomerationsfænomen i partiklerne, hvilket reducerer antallet og størrelsen af ​​defekter, såsom porer og agglomerationer, og derved opnås en ensartet mikrostruktur med høj densitet og fine kornstørrelse og fremstilling af høje stamme og høj-reliabilitetsstrukturelle keramiske materialer. Baseret på dette nye sintringskoncept foreslog Xie Zhipengs forskerteam ved Tsinghua University ideen om at indføre dynamisk svingende pres for at erstatte det eksisterende konstante statiske pres under sintringsprocessen for keramiske pulvere og navngav dette nye sintringsteknologiske svingende tryksintering.

 

Fordelene ved denne sintringsteknologi er:

1) Pakningstætheden af ​​pulveret inden sintring kan forbedres markant ved partikelarrangementet genereret ved kontinuerligt svingende tryk;

 

2) Det giver en større sintringdrivende kraft, som er mere befordrende for at fremme rotationen og glidningen af ​​korn og plaststrøm i det sintrede krop for at fremskynde densificeringen af ​​de grønne legeme, især i det senere trin med sintring ved at justere frekvensen og størrelsen af ​​oscillerende tryk, de resterende tyndt porer ved korngrænsen eliminerede, og derefter elimineres de resterende porer inden i de materielle porer fuldstændigt.

De tre metoder til fremstilling af siliciumcarbidkeramiske materialer, reaktionsintring, atmosfærisk tryksintring og omkrystallisationsintring, som er mere almindeligt anvendt i industriel produktion, alle har deres unikke fordele, og mikrostrukturer, ydeevne og anvendelsesfelter inden for det forberedte siliciumcarbid er også forskellige.

 

Reaktions sintring har lav sintringstemperatur og lave produktionsomkostninger. Krympningshastigheden for de tilberedte produkter er ekstremt lille, og graden af ​​fortætning er høj. Det er velegnet til fremstilling af store og komplekse formede strukturelle dele. Reaktionssinteret siliciumcarbid bruges for det meste i høje temperaturovn-værktøjer, flammekastere, varmevekslere, optiske reflektorer osv.

 

Fordelene ved atmosfærisk tryksintering er lave produktionsomkostninger, ingen begrænsninger for formen og størrelsen af ​​produktet, høj densitet af de forberedte produkter, ensartet mikrostruktur og fremragende omfattende materialestyring. Derfor er det mere velegnet til fremstilling af præcisionsstrukturelle dele, såsom tætninger, glidelejer og skudsikker rustning i forskellige mekaniske pumper, optiske reflektorer, halvlederskivere, osv.

 

Omkrystalliseret siliciumcarbid har en ren krystalfase, indeholder ikke urenheder, har en høj porøsitet, fremragende termisk ledningsevne og termisk stødbestandighed og er et ideelt kandidatmateriale til høje-temperaturovn-værktøjer, varmevekslere eller forbrændingsdyser.