Studien om reaksjonssintret SiC-keramikk og deres egenskaper

Hvorfor er silisiumkarbid viktig?

Silisiumkarbid (SiC) er en forbindelse dannet av kovalente bindinger mellom silisium og karbonatomer, kjent for sin utmerkede slitestyrke, termisk sjokkbestandighet, korrosjonsbestandighet og høy varmeledningsevne. Det er mye brukt i romfart, mekanisk produksjon, petrokjemikalier, metallsmelting og elektronikkindustrien, spesielt for å lage slitesterke deler og strukturelle komponenter med høy temperatur.Reaksjonssintret silisiumkarbidkeramikker blant de første strukturelle keramikkene som oppnår produksjon i industriell skala. Tradisjonellreaksjonssintret silisiumkarbidkeramikker laget av silisiumkarbidpulver og en liten mengde karbonpulver gjennom høytemperatur silisiuminfiltrasjonsreaksjonssintring, som krever lange sintringstider, høye temperaturer, høyt energiforbruk og høye kostnader. Med den økende anvendelsen av reaksjonssintret silisiumkarbidteknologi, er tradisjonelle metoder utilstrekkelige for å møte den industrielle etterspørselen etter kompleksformedesilisiumkarbidkeramikk.

Hva er nyere fremskritt innenReaksjonssintret silisiumkarbid?

Nylige fremskritt har ført til produksjon av høy tetthet og høy bøyestyrkesilisiumkarbidkeramikkved å bruke silisiumkarbidpulver i nanostørrelse, noe som forbedrer materialets mekaniske egenskaper betydelig. Imidlertid hindrer de høye kostnadene for silisiumkarbidpulver i nanostørrelse, priset til over titusenvis av dollar per tonn, storskala anvendelse. I dette arbeidet brukte vi allment tilgjengelig trekull som karbonkilde og silisiumkarbid i mikronstørrelse som tilslag, og brukte slipstøpeteknologi for å forberedereaksjonssintret silisiumkarbidkeramikkgrønne kropper. Denne tilnærmingen eliminerer behovet for forhåndssyntetisering av silisiumkarbidpulver, reduserer produksjonskostnadene og muliggjør fremstilling av store, kompleksformede tynnveggede produkter, og gir en referanse for å forbedre ytelsen og bruken avreaksjonssintret silisiumkarbidkeramikk.

Hva ble brukt av råvarene?

Råvarene som ble brukt i eksperimentet inkluderer:

Silicon carbide with a median particle size (d50) of 3.6 μm and purity (w(SiC)) ≥ 98%

Kønrøk med en median partikkelstørrelse (d50) på 0,5 μm og renhet (w©) ≥ 99 %

Grafitt med en median partikkelstørrelse (d50) på 10 μm og renhet (w©) ≥ 99 %

Dispergeringsmidler: Polyvinylpyrrolidon (PVP) K30 (K-verdi 27-33) og K90 (K-verdi 88-96)

Vannreduksjon: Polykarboksylat CE-64

Utgivelsesagent: AO

Avionisert vann

Hvordan ble eksperimentet utført?

Eksperimentet ble utført som følger:

Blanding av råvarene i henhold til tabell 1 ved hjelp av en elektrisk mikser i 4 timer for å oppnå en jevn blandet oppslemming.

Ved å holde slurryens viskositet ≤ 1000 mPa·s, ble den blandede slurryen helt i preparerte gipsformer for slip-støping, tillatt å dehydrere gjennom gipsformene i 2-3 minutter for å danne grønne legemer.

De grønne legene ble plassert på et kjølig sted i 48 timer, deretter fjernet fra formene og tørket i en vakuumtørkeovn ved 80°C i 4-6 timer.

Degumming av de grønne legene ble utført i en muffelovn ved 800°C i 2 timer for å oppnå preformene.

Preformene ble innebygd i et blandet pulver av kjønrøk, silisiumpulver og bornitrid i et masseforhold på 1:100:2000, og sintret i en ovn ved 1720°C i 2 timer for å oppnå fullstendig finpulverisert silisiumkarbidkeramikk. .

Hvilke metoder ble brukt for ytelsestesting?

Ytelsestesting inkluderte:

Måling av slurryens viskositet ved forskjellige blandetider (1-5 timer) ved hjelp av et roterende viskosimeter ved romtemperatur.

Måling av volumtettheten til preformene i henhold til den nasjonale standarden GB/T 25995-2010.

Måling av bøyestyrken til de sintrede prøvene ved 1720°C i henhold til GB/T 6569-2006, med prøvedimensjoner på 3 mm × 4 mm × 36 mm, spennvidde på 30 mm og lastehastighet på 0,5 mm·min^-1 .

Analyse av fasesammensetningen og mikrostrukturen til de sintrede prøvene ved 1720°C ved bruk av XRD og SEM.

Hvordan påvirker blandetiden slurryens viskositet, preformvolumtetthet og tilsynelatende porøsitet?

Figurene 1 og 2 viser henholdsvis forholdet mellom blandetid og slurryviskositet for prøve 2#, og forholdet mellom blandetid og preformvolumtetthet og tilsynelatende porøsitet.

Figur 1 indikerer at når blandetiden øker, synker viskositeten, når et minimum på 721 mPa·s etter 4 timer og stabiliserer seg deretter.

Figur 2 viser at prøve 2# har en maksimal volumtetthet på 1,47 g·cm^-3 og en minimum tilsynelatende porøsitet på 32,4%. Lavere viskositet resulterer i bedre dispersjon, noe som fører til jevnere slurry og forbedretsilisiumkarbid keramikkytelse. Utilstrekkelig blandetid fører til ujevn blanding av fint silisiumkarbidpulver, mens overdreven blandetid fordamper mer vann, og destabiliserer systemet. Optimal blandetid for tilberedning av helfinpulverisert silisiumkarbidkeramikk er 4 timer.

Tabell 2 viser oppslemmingens viskositet, preformvolumtetthet og tilsynelatende porøsitet for prøve 2# med tilsatt grafitt og prøve 6# uten tilsatt grafitt. Tilsetning av grafitt senker slurryens viskositet, øker preformens volumtetthet og reduserer tilsynelatende porøsitet på grunn av grafittens smørende effekt, noe som resulterer i bedre spredning og økt tetthet av fullt finpulver.silisiumkarbidkeramikk. Uten grafitt har slurryen høyere viskositet, dårligere spredning og stabilitet, noe som gjør grafitttilsetning nødvendig.

Figur 3 viser preformvolumtettheten og den tilsynelatende porøsiteten til prøver med forskjellig kjønrøk-innhold. Prøve 2# har den høyeste volumtettheten på 1,47 g·cm^-3 og den laveste tilsynelatende porøsiteten på 32,4%. For lav porøsitet hindrer imidlertid silisiuminfiltrasjon.

Figur 4 viser XRD-spektrene til prøve 2# preformer og sintrede prøver ved 1720°C. Preformene inneholder grafitt og β-SiC, mens de sintrede prøvene inneholder Si, β-SiC og α-SiC, noe som indikerer noe β-SiC omdannet til α-SiC ved høye temperaturer. De sintrede prøvene viser også økt Si og redusert C-innhold på grunn av høytemperatur silisiuminfiltrasjon, hvor Si reagerer med C for å danne SiC, og fyller porene.

Figur 5 viser bruddmorfologien til forskjellige prøvepreformer. Bildene viser fint silisiumkarbid, grafitt og porer. Prøver 1#, 4# og 5# har større flakfaser og mer ujevnt fordelte porer på grunn av ujevn blanding, noe som resulterer i lav preformtetthet og høy porøsitet. Prøve 2# med 5,94 % (w) carbon black viser optimal mikrostruktur.

Figur 6 viser bruddmorfologien til prøve 2# etter sintring ved 1720°C, og viser tett og jevnt fordelte silisiumkarbidpartikler med minimal porøsitet. Veksten av silisiumkarbidpartikler skyldes høytemperatureffekter. Mindre nydannede SiC-partikler sees også mellom de originale SiC-skjelettpartiklene fra reaksjonssintring, med noe gjenværende Si som fyller de originale porene, reduserer stresskonsentrasjonen, men potensielt påvirker ytelsen ved høye temperaturer på grunn av dets lave smeltepunkt. Det sintrede produktet har en volumtetthet på 3,02 g·cm^-3 og en bøyestyrke på 580 MPa, over dobbelt så sterk som vanligreaksjonssintret silisiumkarbid.

Konklusjoner

Den optimale blandetiden for slurryen som brukes til å tilberede helt finpulverisertsilisiumkarbidkeramikker 4 timer. Tilsetning av grafitt reduserer slurryens viskositet, øker preformens volumtetthet og reduserer tilsynelatende porøsitet, noe som øker tettheten til helt finpulverisertsilisiumkarbidkeramikk.

Det optimale kjønrøk-innholdet for fremstilling av helt finpulverisert silisiumkarbidkeramikk er 5,94 % (vekt).

De sintrede silisiumkarbidpartiklene er tett og jevnt fordelt med minimal porøsitet, og viser en veksttrend. Den sintrede produkttettheten er 3,02 g·cm^-3, og bøyestyrken er 580 MPa, noe som betydelig forbedrer den mekaniske styrken og tettheten til helt finpulverisertsilisiumkarbidkeramikk.**

Vi i Semicorex er spesialister påSiC Keramikkog andre keramiske materialer brukt i halvlederproduksjon, hvis du har spørsmål eller trenger ytterligere detaljer, ikke nøl med å ta kontakt med oss.

Kontakttelefon: +86-13567891907

E-post: sales@semicorex.com