Keramika z karbidu křemíku (SiC)Díky nízkému koeficientu tepelné roztažnosti, vysoké tepelné vodivosti, vysoké tvrdosti a vynikající tepelné a chemické stabilitě se staly klíčovým materiálem v oblasti vysokoteplotní strukturální keramiky. Jsou široce používány v klíčových oblastech, jako je letecký průmysl, jaderná energie, armáda a polovodiče.
Extrémně silné kovalentní vazby a nízký difuzní koeficient SiC však ztěžují jeho zhušťování. Za tímto účelem průmysl vyvinul různé technologie spékání a SiC keramika připravená různými technologiemi se značně liší v mikrostruktuře, vlastnostech a scénářích použití. Zde je analýza základních charakteristik pěti hlavních typů karbid křemíkové keramiky.
1. Beztlaková slinutá SiC keramika (S-SiC)
Hlavní výhody: Vhodné pro více procesů lisování, nízké náklady, neomezuje se tvarem a velikostí, je to nejjednodušší metoda spékání pro dosažení hromadné výroby. Přidáním boru a uhlíku k β-SiC obsahujícímu stopové množství kyslíku a jeho spékáním v inertní atmosféře při teplotě kolem 2000 ℃ lze získat slinuté těleso s teoretickou hustotou 98 %. Existují dva procesy: v pevné fázi a v kapalné fázi. První z nich má vyšší hustotu a čistotu, stejně jako vysokou tepelnou vodivost a pevnost za vysokých teplot.
Typické aplikace: Hromadná výroba těsnicích kroužků a kluzných ložisek odolných proti opotřebení a korozi; Díky vysoké tvrdosti, nízké měrné hmotnosti a dobrým balistickým vlastnostem se široce používá jako neprůstřelný pancíř pro vozidla a lodě, stejně jako k ochraně civilních trezorů a vozidel pro přepravu hotovosti. Jeho odolnost proti vícenásobnému zásahu je lepší než u běžné SiC keramiky a bod lomu válcového lehkého ochranného pancíře může dosáhnout více než 65 tun.
2. Reakční slinutá SiC keramika (RB SiC)
Hlavní výhody: Vynikající mechanické vlastnosti, vysoká pevnost, odolnost proti korozi a oxidaci; Nízká teplota a náklady slinování, schopnost tváření téměř čisté velikosti. Proces zahrnuje smíchání zdroje uhlíku s práškovým SiC za vzniku sochoru. Při vysokých teplotách roztavený křemík infiltruje sochor a reaguje s uhlíkem za vzniku β-SiC, který se spojí s původním α-SiC a vyplní póry. Změna velikosti během slinování je malá, takže je vhodný pro průmyslovou výrobu složitých tvarovaných výrobků.
Typické aplikace: Vysokoteplotní pece, sálavé trubice, výměníky tepla, odsiřovací trysky; Díky nízkému koeficientu tepelné roztažnosti, vysokému modulu pružnosti a téměř síťovým vlastnostem se stal ideálním materiálem pro prostorové reflektory; Může také nahradit křemenné sklo jako nosný prvek pro elektronické trubice a zařízení na výrobu polovodičových čipů.
3. Za tepla lisovaná slinutá SiC keramika (HP SiC)
Hlavní výhoda: Synchronní slinování za vysoké teploty a vysokého tlaku, prášek je v termoplastickém stavu, což napomáhá procesu přenosu hmoty. Lze vyrábět produkty s jemnými zrny, vysokou hustotou a dobrými mechanickými vlastnostmi při nižších teplotách a v kratším čase a lze dosáhnout plné hustoty a téměř čistého slinování.
Typické použití: Původně používané jako neprůstřelné vesty pro členy posádek amerických vrtulníků během války ve Vietnamu, trh s pancéřováním byl nahrazen za tepla lisovaným karbidem boru; V současné době se používá především ve scénářích s vysokou přidanou hodnotou, jako jsou obory s extrémně vysokými požadavky na kontrolu složení, čistotu a zhuštění, stejně jako oblasti odolnosti proti opotřebení a jaderného průmyslu.
4. Rekrystalizovaná SiC keramika (R-SiC)
Hlavní výhoda: Není třeba přidávat slinovací přísady, je to běžná metoda pro přípravu ultračistých a velkých SiC součástek. Proces zahrnuje smíchání hrubých a jemných prášků SiC v poměru a jejich tvarování, spékání v inertní atmosféře při teplotě 2200~2450 ℃. Jemné částice se odpařují a kondenzují v místě kontaktu mezi hrubými částicemi za vzniku keramiky s tvrdostí druhou po diamantu. SiC si zachovává vysokou pevnost za vysokých teplot, odolnost proti korozi, oxidaci a tepelným šokům.
Typické aplikace: Nábytek pro vysokoteplotní pece, výměníky tepla, spalovací trysky; V leteckém a vojenském průmyslu se používá k výrobě konstrukčních součástí kosmických lodí, jako jsou motory, ocasní ploutve a trup, což může zlepšit výkon a životnost zařízení.
5. SiC keramika infiltrovaná křemíkem (SiSiC)
Hlavní výhody: Nejvhodnější pro průmyslovou výrobu, s krátkou dobou slinování, nízkou teplotou, plně hustý a nedeformovaný, složený z SiC matrice a infiltrované Si fáze, rozdělený do dvou procesů: infiltrace kapaliny a infiltrace plynu. Druhý jmenovaný má vyšší náklady, ale lepší hustotu a rovnoměrnost volného křemíku.
Typické aplikace: nízká pórovitost, dobrá vzduchotěsnost a nízký odpor přispívají k eliminaci statické elektřiny, vhodné pro výrobu velkých, složitých nebo dutých dílů, široce používané v zařízeních pro zpracování polovodičů; Díky vysokému modulu pružnosti, nízké hmotnosti, vysoké pevnosti a vynikající vzduchotěsnosti je preferovaným vysoce výkonným materiálem v leteckém průmyslu, který odolá zatížení v kosmickém prostředí a zajišťuje přesnost a bezpečnost zařízení.
Čas zveřejnění: 2. září 2025