Siliciumkarbid (SiC) keramiker blevet kernematerialet inden for højtemperaturstrukturkeramik på grund af deres lave termiske udvidelseskoefficient, høje varmeledningsevne, høje hårdhed og fremragende termiske og kemiske stabilitet. De anvendes i vid udstrækning inden for nøgleområder som luftfart, atomenergi, militær og halvledere.
De ekstremt stærke kovalente bindinger og den lave diffusionskoefficient for SiC gør det imidlertid vanskeligt at opnå densificering. Til dette formål har industrien udviklet forskellige sintringsteknologier, og SiC-keramik fremstillet ved hjælp af forskellige teknologier har betydelige forskelle i mikrostruktur, egenskaber og anvendelsesscenarier. Her er en analyse af kerneegenskaberne ved fem mainstream siliciumcarbidkeramiktyper.
1. Ikke-tryksintret SiC-keramik (S-SiC)
Kernefordele: Velegnet til flere støbeprocesser, lave omkostninger, ikke begrænset af form og størrelse, det er den nemmeste sintringsmetode til at opnå masseproduktion. Ved at tilsætte bor og kulstof til β-SiC, der indeholder spormængder af ilt, og sintre det under en inert atmosfære ved omkring 2000 ℃, kan der opnås et sintret legeme med en teoretisk densitet på 98%. Der er to processer: fast fase og flydende fase. Førstnævnte har højere densitet og renhed, samt høj varmeledningsevne og højtemperaturstyrke.
Typiske anvendelser: Masseproduktion af slidstærke og korrosionsbestandige tætningsringe og glidelejer; På grund af sin høje hårdhed, lave specifikke tyngdekraft og gode ballistiske ydeevne anvendes den i vid udstrækning som skudsikker pansring til køretøjer og skibe, samt til beskyttelse af civile pengeskabe og kontanttransportkøretøjer. Dens modstandsdygtighed over for flere stød er bedre end almindelig SiC-keramik, og brudpunktet for cylindrisk letvægtsbeskyttelsespansring kan nå over 65 tons.
2. Reaktionssintret SiC-keramik (RB SiC)
Kernefordele: Fremragende mekanisk ydeevne, høj styrke, korrosionsbestandighed og oxidationsbestandighed; Lav sintringstemperatur og -omkostninger, i stand til at forme næsten nettostørrelse. Processen involverer blanding af en kulstofkilde med SiC-pulver for at producere en barre. Ved høje temperaturer infiltrerer smeltet silicium barren og reagerer med kulstof for at danne β-SiC, som kombineres med den oprindelige α-SiC og fylder porerne. Størrelsesændringen under sintring er lille, hvilket gør den velegnet til industriel produktion af komplekse formede produkter.
Typiske anvendelser: Højtemperaturovnsudstyr, strålerør, varmevekslere, afsvovlingsdyser; På grund af sin lave termiske udvidelseskoefficient, høje elasticitetsmodul og næsten nettoformningsegenskaber er det blevet et ideelt materiale til rumreflektorer; Det kan også erstatte kvartsglas som en støtteanordning til elektroniske rør og udstyr til fremstilling af halvlederchips.
3. Varmpresset sintret SiC-keramik (HP SiC)
Kernefordel: Synkron sintring under høj temperatur og højt tryk, pulveret er i en termoplastisk tilstand, hvilket er befordrende for masseoverføringsprocessen. Det kan producere produkter med fine korn, høj densitet og gode mekaniske egenskaber ved lavere temperaturer og på kortere tid, og kan opnå fuldstændig densitet og næsten ren sintringstilstand.
Typisk anvendelse: Oprindeligt brugt som skudsikre veste til amerikanske helikopterbesætningsmedlemmer under Vietnamkrigen, blev pansermarkedet erstattet af varmpresset borcarbid. I øjeblikket bruges det mest i scenarier med høj værditilvækst, såsom områder med ekstremt høje krav til sammensætningskontrol, renhed og densificering, samt slidstyrke og nuklear industri.
4. Omkrystalliseret SiC-keramik (R-SiC)
Kernefordel: Ingen grund til at tilsætte sintringshjælpemidler, det er en almindelig metode til fremstilling af store SiC-enheder med ultrahøj renhed. Processen involverer blanding af grove og fine SiC-pulvere i proportioner og formning, sintring i en inert atmosfære ved 2200~2450 ℃. Fine partikler fordamper og kondenserer ved kontakt mellem grove partikler for at danne keramik med en hårdhed, der kun overgår diamant. SiC bevarer høj højtemperaturstyrke, korrosionsbestandighed, oxidationsbestandighed og termisk chokmodstand.
Typiske anvendelser: Højtemperaturovnsmøbler, varmevekslere, forbrændingsdyser; Inden for luftfart og militær bruges det til at fremstille rumfartøjers strukturelle komponenter såsom motorer, halefinner og flykrop, hvilket kan forbedre udstyrets ydeevne og levetid.
5. Siliciuminfiltreret SiC-keramik (SiSiC)
Kernefordele: Mest velegnet til industriel produktion, med kort sintringstid, lav temperatur, fuldstændig tæt og ikke-deformeret, bestående af SiC-matrix og infiltreret Si-fase, opdelt i to processer: væskeinfiltration og gasinfiltration. Sidstnævnte har højere omkostninger, men bedre tæthed og ensartethed af frit silicium.
Typiske anvendelser: Lav porøsitet, god lufttæthed og lav modstand er befordrende for at eliminere statisk elektricitet, egnet til produktion af store, komplekse eller hule dele, og er meget anvendt i halvlederbehandlingsudstyr. På grund af dets høje elasticitetsmodul, lette vægt, høje styrke og fremragende lufttæthed er det det foretrukne højtydende materiale inden for luftfartsområdet, som kan modstå belastninger i rumfartsmiljøer og sikre udstyrets nøjagtighed og sikkerhed.
Opslagstidspunkt: 2. september 2025