Кераміка з карбіду крэмнію (SiC)сталі асноўным матэрыялам у галіне высокатэмпературнай канструкцыйнай керамікі дзякуючы нізкаму каэфіцыенту цеплавога пашырэння, высокай цеплаправоднасці, высокай цвёрдасці і выдатнай тэрмічнай і хімічнай стабільнасці. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў такіх ключавых галінах, як аэракасмічная прамысловасць, ядзерная энергетыка, ваенная прамысловасць і паўправаднікі.
Аднак надзвычай моцныя кавалентныя сувязі і нізкі каэфіцыент дыфузіі ўскладняюць яго ўшчыльненне. З гэтай мэтай прамысловасць распрацавала розныя тэхналогіі спякання, і кераміка з карбіду крэмнію, атрыманая па розных тэхналогіях, мае значныя адрозненні ў мікраструктуры, уласцівасцях і сцэнарах прымянення. Ніжэй прадстаўлены аналіз асноўных характарыстык пяці асноўных тыпаў карбіду крэмнію.
1. Кераміка з карбіду крэмнію, спечаная пад ціскам (S-SiC)
Асноўныя перавагі: падыходзіць для розных працэсаў ліцця, нізкі кошт, не абмяжоўваецца формай і памерам, гэта самы просты метад спякання для дасягнення масавай вытворчасці. Дадаючы бор і вуглярод да β-SiC, які змяшчае слядовыя колькасці кіслароду, і спякаючы яго ў інэртнай атмасферы пры тэмпературы каля 2000 ℃, можна атрымаць спечаны матэрыял з тэарэтычнай шчыльнасцю 98%. Існуе два працэсы: цвёрдафазны і вадкафазны. Першы мае больш высокую шчыльнасць і чысціню, а таксама высокую цеплаправоднасць і трываласць пры высокіх тэмпературах.
Тыповыя сферы прымянення: масавая вытворчасць зносаўстойлівых і каразійна-ўстойлівых ушчыльняльных кольцаў і падшыпнікаў слізгацення; дзякуючы высокай цвёрдасці, нізкай удзельнай вазе і добрым балістычным характарыстыкам шырока выкарыстоўваецца ў якасці куленепрабівальнай броні для транспартных сродкаў і караблёў, а таксама для абароны грамадзянскіх сейфаў і транспартных сродкаў для перавозкі грошай. Яго ўстойлівасць да шматразовых удараў пераўзыходзіць звычайную кераміку з карбіду крэмнію, а кропка разбурэння цыліндрычнай лёгкай ахоўнай броні можа дасягаць больш за 65 тон.
2. Рэакцыйна спечаная кераміка SiC (RB SiC)
Асноўныя перавагі: выдатныя механічныя характарыстыкі, высокая трываласць, каразійная ўстойлівасць і ўстойлівасць да акіслення; нізкая тэмпература спякання і кошт, магчымасць фармавання памераў, блізкіх да чыстых. Працэс прадугледжвае змешванне крыніцы вугляроду з парашком SiC для атрымання нарыхтоўкі. Пры высокіх тэмпературах расплаўлены крэмній пранікае ў нарыхтоўку і рэагуе з вугляродам, утвараючы β-SiC, які злучаецца з зыходным α-SiC і запаўняе пары. Змена памеру падчас спякання невялікая, што робіць яе прыдатнай для прамысловай вытворчасці вырабаў складанай формы.
Тыповыя сферы прымянення: абсталяванне для высокатэмпературных печаў, прамянёвыя трубкі, цеплаабменнікі, сопла для дэсульфурызацыі; дзякуючы нізкаму каэфіцыенту цеплавога пашырэння, высокаму модулю пругкасці і характарыстыкам амаль поўнага фарміравання, ён стаў ідэальным матэрыялам для касмічных адбівальнікаў; ён таксама можа замяніць кварцавае шкло ў якасці апорнага прыстасавання для электронных лямпаў і абсталявання для вытворчасці паўправадніковых мікрасхем.
3. Гарача прэсаваная спечаная кераміка SiC (HP SiC)
Асноўная перавага: Сінхроннае спяканне пры высокай тэмпературы і высокім ціску дазваляе парашку знаходзіцца ў тэрмапластычным стане, што спрыяе працэсу масапераносу. Дазваляе вырабляць вырабы з дробнымі зернямі, высокай шчыльнасцю і добрымі механічнымі ўласцівасцямі пры больш нізкіх тэмпературах і за больш кароткі час, дасягаючы поўнай шчыльнасці і блізкага да чыстага спякання стану.
Тыповае прымяненне: Першапачаткова выкарыстоўваўся ў якасці бронекамізэлек для членаў экіпажаў верталётаў ЗША падчас вайны ў В'етнаме, але на рынку броні быў заменены гарачапрэсаваным карбідам бору; у цяперашні час ён у асноўным выкарыстоўваецца ў сцэнарах з высокай дабаўленай вартасцю, такіх як галіны з надзвычай высокімі патрабаваннямі да кантролю складу, чысціні і ўшчыльнення, а таксама ў зносаўстойлівай і ядзернай прамысловасці.
4. Перакрышталізаваная кераміка з карбіду крэмнію (R-SiC)
Асноўная перавага: няма неабходнасці дадаваць спякальныя дабаўкі, гэта распаўсюджаны метад падрыхтоўкі прылад з карбіду крэмнію звышвысокай чысціні і вялікіх памераў. Працэс уключае змешванне буйных і дробных парашкоў карбіду крэмнію ў прапорцыі і іх фармаванне, спяканне ў інэртнай атмасферы пры тэмпературы 2200~2450 ℃. Дробныя часціцы выпараюцца і кандэнсуюцца ў месцы кантакту паміж буйнымі часціцамі, утвараючы кераміку, цвёрдасць якой саступае толькі алмазу. Карбід крэмнію захоўвае высокую трываласць пры высокіх тэмпературах, каразійную стойкасць, устойлівасць да акіслення і цеплавыя ўдары.
Тыповыя сферы прымянення: мэбля для высокатэмпературных печаў, цеплаабменнікі, сопла згарання; у аэракасмічнай і ваеннай галінах выкарыстоўваецца для вырабу канструкцыйных кампанентаў касмічных апаратаў, такіх як рухавікі, хваставыя апярэнні і фюзеляж, што можа палепшыць прадукцыйнасць абсталявання і тэрмін яго службы.
5. Кераміка SiC з прасякнутым крэмніем (SiSiC)
Асноўныя перавагі: Найбольш падыходзіць для прамысловай вытворчасці, мае кароткі час спякання, нізкую тэмпературу, цалкам шчыльны і недэфармаваны, складаецца з матрыцы SiC і інфільтраванай фазы Si, падзелены на два працэсы: вадкасная інфільтрацыя і газавая інфільтрацыя. Апошні мае больш высокі кошт, але лепшую шчыльнасць і аднастайнасць свабоднага крэмнію.
Тыповыя сферы прымянення: нізкая сітаватасць, добрая герметычнасць і нізкае супраціўленне спрыяюць ліквідацыі статычнай электрычнасці, падыходзяць для вырабу вялікіх, складаных або полых дэталяў, шырока выкарыстоўваюцца ў паўправадніковым апрацоўчым абсталяванні; Дзякуючы высокаму модулю пругкасці, лёгкай вазе, высокай трываласці і выдатнай герметычнасці, гэта пераважны высокапрадукцыйны матэрыял у аэракасмічнай галіне, які можа вытрымліваць нагрузкі ў касмічных умовах і забяспечваць дакладнасць і бяспеку абсталявання.
Час публікацыі: 02 верасня 2025 г.