Силициево-карбидна (SiC) керамикаса се превърнали в основен материал в областта на високотемпературната структурна керамика поради ниския си коефициент на термично разширение, високата топлопроводимост, високата твърдост и отличната термична и химическа стабилност. Те се използват широко в ключови области като аерокосмическа индустрия, ядрена енергетика, военна промишленост и полупроводници.
Въпреки това, изключително силните ковалентни връзки и ниският коефициент на дифузия на SiC затрудняват неговото уплътняване. За тази цел индустрията е разработила различни технологии за синтероване, а SiC керамиката, получена по различни технологии, има значителни разлики в микроструктурата, свойствата и сценариите на приложение. Ето анализ на основните характеристики на пет основни вида силициево-карбидна керамика.
1. Силициева карбидова керамика, синтерована под налягане (S-SiC)
Основни предимства: Подходящ за множество процеси на формоване, ниска цена, не е ограничен от форма и размер, това е най-лесният метод за синтероване за постигане на масово производство. Чрез добавяне на бор и въглерод към β-SiC, съдържащ следи от кислород, и синтероването му в инертна атмосфера при около 2000 ℃, може да се получи синтеровано тяло с теоретична плътност от 98%. Съществуват два процеса: твърда фаза и течна фаза. Първият има по-висока плътност и чистота, както и висока топлопроводимост и якост при висока температура.
Типични приложения: Масово производство на износоустойчиви и устойчиви на корозия уплътнителни пръстени и плъзгащи лагери; Поради високата си твърдост, ниското специфично тегло и добрите балистични характеристики, той се използва широко като бронирана броня за превозни средства и кораби, както и за защита на цивилни сейфове и превозни средства за превоз на пари в брой. Устойчивостта му на многократни удари е по-добра от обикновената SiC керамика, а точката на счупване на цилиндричната лека защитна броня може да достигне над 65 тона.
2. Реакционно синтерована SiC керамика (RB SiC)
Основни предимства: Отлични механични характеристики, висока якост, устойчивост на корозия и окисляване; Ниска температура и цена на синтероване, възможност за формиране на частици с размер, близък до нетния. Процесът включва смесване на въглероден източник с SiC прах за получаване на заготовка. При високи температури, разтопен силиций инфилтрира заготовката и реагира с въглерода, за да образува β-SiC, който се комбинира с оригиналния α-SiC и запълва порите. Промяната в размера по време на синтероването е малка, което го прави подходящ за промишлено производство на продукти със сложна форма.
Типични приложения: Оборудване за високотемпературни пещи, лъчисти тръби, топлообменници, дюзи за десулфуриране; Поради ниския си коефициент на термично разширение, високия модул на еластичност и характеристиките на почти мрежово образуване, той се е превърнал в идеален материал за космически отражатели; Може също да замести кварцовото стъкло като поддържащо приспособление за електронни тръби и оборудване за производство на полупроводникови чипове.
3. Горещо пресована синтерована SiC керамика (HP SiC)
Основно предимство: Синхронно синтероване под висока температура и високо налягане, прахът е в термопластично състояние, което е благоприятно за процеса на масопренос. Може да произвежда продукти с фини зърна, висока плътност и добри механични свойства при по-ниски температури и за по-кратко време, като може да постигне пълна плътност и почти чисто синтероване.
Типично приложение: Първоначално използван като бронежилетки за членовете на екипажите на американски хеликоптери по време на войната във Виетнам, пазарът на броня е заменен от горещо пресован боров карбид; В момента се използва най-вече в сценарии с висока добавена стойност, като например области с изключително високи изисквания за контрол на състава, чистота и уплътняване, както и области на износоустойчивата и ядрената промишленост.
4. Рекристализирана SiC керамика (R-SiC)
Основно предимство: Не е необходимо добавяне на помощни средства за синтероване, това е често срещан метод за получаване на устройства от SiC с ултрависока чистота и големи размери. Процесът включва смесване на едри и фини SiC прахове в пропорция и оформянето им, синтероването им в инертна атмосфера при 2200~2450 ℃. Фините частици се изпаряват и кондензират при контакта между едрите частици, за да образуват керамика, с твърдост, втора след диаманта. SiC запазва висока якост при високи температури, устойчивост на корозия, устойчивост на окисляване и устойчивост на термичен удар.
Типични приложения: Високотемпературни пещни мебели, топлообменници, дюзи за горене; В аерокосмическата и военната област се използва за производството на структурни компоненти на космически кораби, като двигатели, опашни перки и фюзелаж, което може да подобри производителността на оборудването и експлоатационния му живот.
5. SiC керамика, инфилтрирана със силиций (SiSiC)
Основни предимства: Най-подходящ за промишлено производство, с кратко време за синтероване, ниска температура, напълно плътен и недеформиран, съставен от SiC матрица и инфилтрирана Si фаза, разделен на два процеса: течна инфилтрация и газова инфилтрация. Последният е с по-висока цена, но с по-добра плътност и еднородност на свободния силиций.
Типични приложения: ниската порьозност, добрата херметичност и ниското съпротивление са благоприятни за елиминиране на статичното електричество, подходящи за производство на големи, сложни или кухи части, широко използвани в оборудване за обработка на полупроводници; Поради високия си модул на еластичност, лекото тегло, високата якост и отличната херметичност, той е предпочитаният високопроизводителен материал в аерокосмическата област, който може да издържи на натоварвания в космическа среда и да гарантира точност и безопасност на оборудването.
Време на публикуване: 02 септември 2025 г.