Κεραμικά από καρβίδιο του πυριτίου (SiC)έχουν γίνει το βασικό υλικό στον τομέα των δομικών κεραμικών υψηλής θερμοκρασίας λόγω του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής, της υψηλής θερμικής αγωγιμότητας, της υψηλής σκληρότητας και της εξαιρετικής θερμικής και χημικής σταθερότητας. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε βασικούς τομείς όπως η αεροδιαστημική, η πυρηνική ενέργεια, ο στρατός και οι ημιαγωγοί.
Ωστόσο, οι εξαιρετικά ισχυροί ομοιοπολικοί δεσμοί και ο χαμηλός συντελεστής διάχυσης του SiC καθιστούν δύσκολη την πύκνωσή του. Για το σκοπό αυτό, η βιομηχανία έχει αναπτύξει διάφορες τεχνολογίες σύντηξης και τα κεραμικά SiC που παρασκευάζονται με διαφορετικές τεχνολογίες έχουν σημαντικές διαφορές στη μικροδομή, τις ιδιότητες και τα σενάρια εφαρμογής. Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών χαρακτηριστικών πέντε κύριων κεραμικών καρβιδίου του πυριτίου.
1. Κεραμικά SiC χωρίς συμπύκνωση υπό πίεση (S-SiC)
Βασικά πλεονεκτήματα: Κατάλληλο για πολλαπλές διαδικασίες χύτευσης, χαμηλό κόστος, χωρίς περιορισμούς σχήματος και μεγέθους, είναι η ευκολότερη μέθοδος πυροσυσσωμάτωσης για την επίτευξη μαζικής παραγωγής. Προσθέτοντας βόριο και άνθρακα σε β-SiC που περιέχει ίχνη οξυγόνου και πυροσυσσωματώνοντάς το υπό αδρανή ατμόσφαιρα περίπου στους 2000 ℃, μπορεί να ληφθεί ένα πυροσυσσωματωμένο σώμα με θεωρητική πυκνότητα 98%. Υπάρχουν δύο διαδικασίες: στερεά φάση και υγρή φάση. Η πρώτη έχει υψηλότερη πυκνότητα και καθαρότητα, καθώς και υψηλή θερμική αγωγιμότητα και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες.
Τυπικές εφαρμογές: Μαζική παραγωγή ανθεκτικών στη φθορά και στη διάβρωση δακτυλίων στεγανοποίησης και ρουλεμάν ολίσθησης. Λόγω της υψηλής σκληρότητας, του χαμηλού ειδικού βάρους και της καλής βαλλιστικής του απόδοσης, χρησιμοποιείται ευρέως ως αλεξίσφαιρη θωράκιση για οχήματα και πλοία, καθώς και για την προστασία πολιτικών χρηματοκιβωτίων και οχημάτων μεταφοράς μετρητών. Η αντοχή του σε πολλαπλά χτυπήματα είναι ανώτερη από την κανονική κεραμική SiC και το σημείο θραύσης της κυλινδρικής ελαφριάς προστατευτικής θωράκισης μπορεί να φτάσει τους 65 τόνους.
2. Κεραμικά SiC με πυροσυσσωμάτωση αντίδρασης (RB SiC)
Βασικά πλεονεκτήματα: Εξαιρετική μηχανική απόδοση, υψηλή αντοχή, αντοχή στη διάβρωση και αντοχή στην οξείδωση. Χαμηλή θερμοκρασία και κόστος πυροσυσσωμάτωσης, ικανό να σχηματίσει σχεδόν καθαρό μέγεθος. Η διαδικασία περιλαμβάνει την ανάμειξη μιας πηγής άνθρακα με σκόνη SiC για την παραγωγή μιας μπιγιέτας. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το τηγμένο πυρίτιο διεισδύει στη μπιγιέτα και αντιδρά με τον άνθρακα για να σχηματίσει β-SiC, το οποίο συνδυάζεται με το αρχικό α-SiC και γεμίζει τους πόρους. Η αλλαγή μεγέθους κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης είναι μικρή, καθιστώντας το κατάλληλο για βιομηχανική παραγωγή προϊόντων σύνθετου σχήματος.
Τυπικές εφαρμογές: Εξοπλισμός κλιβάνου υψηλής θερμοκρασίας, ακτινοβόλοι σωλήνες, εναλλάκτες θερμότητας, ακροφύσια αποθείωσης. Λόγω του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής, του υψηλού μέτρου ελαστικότητας και των χαρακτηριστικών σχηματισμού σχεδόν καθαρού πλέγματος, έχει γίνει ιδανικό υλικό για ανακλαστήρες χώρου. Μπορεί επίσης να αντικαταστήσει το γυαλί χαλαζία ως υποστηρικτικό εξάρτημα για ηλεκτρονικούς σωλήνες και εξοπλισμό κατασκευής τσιπ ημιαγωγών.
3. Κεραμικά SiC θερμής συμπίεσης (HP SiC)
Βασικό πλεονέκτημα: Με σύγχρονη πυροσυσσωμάτωση υπό υψηλή θερμοκρασία και υψηλή πίεση, η σκόνη βρίσκεται σε θερμοπλαστική κατάσταση, η οποία ευνοεί τη διαδικασία μεταφοράς μάζας. Μπορεί να παράγει προϊόντα με λεπτούς κόκκους, υψηλή πυκνότητα και καλές μηχανικές ιδιότητες σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και σε μικρότερο χρόνο, και μπορεί να επιτύχει πλήρη πυκνότητα και σχεδόν καθαρή κατάσταση πυροσυσσωμάτωσης.
Τυπική εφαρμογή: Αρχικά χρησιμοποιήθηκε ως αλεξίσφαιρα γιλέκα για τα μέλη πληρώματος ελικοπτέρων των ΗΠΑ κατά τη διάρκεια του πολέμου του Βιετνάμ, η αγορά θωράκισης αντικαταστάθηκε από το θερμής έκθλιψης καρβίδιο του βορίου. Προς το παρόν, χρησιμοποιείται κυρίως σε σενάρια υψηλής προστιθέμενης αξίας, όπως πεδία με εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για έλεγχο σύνθεσης, καθαρότητα και πυκνότητα, καθώς και πεδία ανθεκτικά στη φθορά και πυρηνικής βιομηχανίας.
4. Ανακρυσταλλωμένα κεραμικά SiC (R-SiC)
Βασικό πλεονέκτημα: Δεν χρειάζεται να προσθέσετε βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης, είναι μια κοινή μέθοδος για την παρασκευή συσκευών SiC εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας και μεγάλων διαστάσεων. Η διαδικασία περιλαμβάνει την ανάμειξη χονδρόκοκκων και λεπτών σκονών SiC σε αναλογία και τον σχηματισμό τους, πυροσυσσωμάτωση σε αδρανή ατμόσφαιρα στους 2200~2450 ℃. Τα λεπτά σωματίδια εξατμίζονται και συμπυκνώνονται στην επαφή μεταξύ των χονδρόκοκκων σωματιδίων για να σχηματίσουν κεραμικά, με σκληρότητα δεύτερη μόνο μετά το διαμάντι. Το SiC διατηρεί υψηλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στην οξείδωση και αντοχή σε θερμικό σοκ.
Τυπικές εφαρμογές: Έπιπλα κλιβάνων υψηλής θερμοκρασίας, εναλλάκτες θερμότητας, ακροφύσια καύσης. Στον αεροδιαστημικό και στρατιωτικό τομέα, χρησιμοποιείται για την κατασκευή δομικών στοιχείων διαστημοπλοίων, όπως κινητήρες, ουραία πτερύγια και άτρακτο, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση του εξοπλισμού και τη διάρκεια ζωής.
5. Κεραμικά SiC με διήθηση πυριτίου (SiSiC)
Βασικά πλεονεκτήματα: Κατάλληλο για βιομηχανική παραγωγή, με σύντομο χρόνο πυροσυσσωμάτωσης, χαμηλή θερμοκρασία, πλήρως πυκνό και μη παραμορφωμένο, αποτελούμενο από μήτρα SiC και διηθημένη φάση Si, χωρισμένο σε δύο διεργασίες: διήθηση υγρού και διήθηση αερίου. Η τελευταία έχει υψηλότερο κόστος αλλά καλύτερη πυκνότητα και ομοιομορφία ελεύθερου πυριτίου.
Τυπικές εφαρμογές: το χαμηλό πορώδες, η καλή αεροστεγανότητα και η χαμηλή αντίσταση συμβάλλουν στην εξάλειψη του στατικού ηλεκτρισμού, κατάλληλα για την παραγωγή μεγάλων, σύνθετων ή κοίλων εξαρτημάτων, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε εξοπλισμό επεξεργασίας ημιαγωγών. Λόγω του υψηλού μέτρου ελαστικότητάς του, του ελαφρού βάρους, της υψηλής αντοχής και της εξαιρετικής αεροστεγανότητάς του, είναι το προτιμώμενο υλικό υψηλής απόδοσης στον αεροδιαστημικό τομέα, το οποίο μπορεί να αντέξει φορτία σε διαστημικά περιβάλλοντα και να εξασφαλίσει την ακρίβεια και την ασφάλεια του εξοπλισμού.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Σεπτεμβρίου 2025