Piikarbidi (SiC) -keraamitovat tulleet korkean lämpötilan rakennekeraamien ydinmateriaaliksi alhaisen lämpölaajenemiskertoimen, korkean lämmönjohtavuuden, korkean kovuuden ja erinomaisen lämpö- ja kemiallisen stabiilisuuden ansiosta. Niitä käytetään laajalti keskeisillä aloilla, kuten ilmailu- ja avaruustekniikassa, ydinenergiassa, sotilasalalla ja puolijohteissa.
Piikarbidin erittäin vahvat kovalenttiset sidokset ja alhainen diffuusiokerroin kuitenkin vaikeuttavat sen tiivistämistä. Tätä varten teollisuus on kehittänyt erilaisia sintraustekniikoita, ja eri tekniikoilla valmistetuilla piikarbidikerameereilla on merkittäviä eroja mikrorakenteessa, ominaisuuksissa ja käyttökohteissa. Tässä on analyysi viiden valtavirran piikarbidikeramiikan keskeisistä ominaisuuksista.
1. Paineistetut sintraamattomat piikarbidikeramiikat (S-SiC)
Keskeiset edut: Soveltuu useisiin muovausprosesseihin, edullinen, ei rajoitu muotoon tai kokoon, se on helpoin sintrausmenetelmä massatuotantoon. Lisäämällä booria ja hiiltä β-SiC:hen, joka sisältää pieniä määriä happea, ja sintraamalla se inertissä ilmakehässä noin 2000 ℃:ssa, voidaan saada sintrattu kappale, jonka teoreettinen tiheys on 98 %. Prosesseja on kaksi: kiinteä faasi ja nestefaasi. Ensin mainitulla on suurempi tiheys ja puhtaus sekä korkea lämmönjohtavuus ja korkean lämpötilan lujuus.
Tyypillisiä käyttökohteita: Kulumista ja korroosiota kestävien tiivisterenkaiden ja liukulaakerien massatuotanto; Korkean kovuutensa, alhaisen ominaispainonsa ja hyvän ballistisen suorituskykynsä ansiosta sitä käytetään laajalti luodinkestävänä panssarina ajoneuvoissa ja laivoissa sekä siviilikassakaappien ja rahankuljetusajoneuvojen suojaamiseen. Sen moniiskunkestävyys on tavallisia piikarbidikerameja parempi, ja lieriömäisen kevyen suojapanssarin murtumispiste voi olla yli 65 tonnia.
2. Reaktiosintratut piikarbidikeramiikat (RB SiC)
Keskeiset edut: Erinomainen mekaaninen suorituskyky, korkea lujuus, korroosionkestävyys ja hapettumisenkestävyys; Alhainen sintrauslämpötila ja -kustannukset, lähes nettokoon muodostuminen. Prosessissa hiililähde sekoitetaan piikarbidijauheeseen aihion valmistamiseksi. Korkeissa lämpötiloissa sula pii tunkeutuu aihioon ja reagoi hiilen kanssa muodostaen β-SiC:tä, joka yhdistyy alkuperäiseen α-SiC:hen ja täyttää huokoset. Koon muutos sintrauksen aikana on pieni, joten se soveltuu monimutkaisten muotoisten tuotteiden teolliseen tuotantoon.
Tyypillisiä käyttökohteita: Korkean lämpötilan uunilaitteet, säteilyputket, lämmönvaihtimet, rikinpoistosuuttimet; Alhaisen lämpölaajenemiskertoimen, korkean kimmomoduulin ja lähes verkkomaisen muodostumisominaisuuksiensa ansiosta siitä on tullut ihanteellinen materiaali avaruusheijastimille; Se voi myös korvata kvartsilasin elektronisten putkien ja puolijohdesirujen valmistuslaitteiden tukirakenteena.
3. Kuumapuristetut sintratut piikarbidikeramiikat (HP SiC)
Keskeinen etu: Synkroninen sintraus korkeassa lämpötilassa ja paineessa mahdollistaa jauheen termoplastisen olomuodon, joka edistää massansiirtoprosessia. Se voi tuottaa hienorakeisia, tiheitä ja hyviä mekaanisia ominaisuuksia omaavia tuotteita alhaisemmissa lämpötiloissa ja lyhyemmässä ajassa, ja se voi saavuttaa täydellisen tiheyden ja lähes puhtaan sintraustilan.
Tyypillinen käyttökohde: Alun perin Vietnamin sodan aikana Yhdysvaltain helikopterimiehistön luodinkestävänä liivinä käytetty panssarimarkkinat korvattiin kuumapuristetulla boorikarbidilla. Tällä hetkellä sitä käytetään enimmäkseen korkean jalostusarvon tilanteissa, kuten aloilla, joilla on erittäin korkeat vaatimukset koostumuksen valvonnalle, puhtaudelle ja tiivistymiselle, sekä kulutusta kestävillä ja ydinvoimateollisuuden aloilla.
4. Uudelleenkiteytetty piikarbidikeramiikka (R-SiC)
Keskeinen etu: Sintrausaineita ei tarvitse lisätä, se on yleinen menetelmä erittäin puhtaiden ja suurten piikarbidilaitteiden valmistukseen. Prosessissa karkeaa ja hienoa piikarbidijauhetta sekoitetaan suhteessa toisiinsa ja muodostetaan, sintrataan inertissä ilmakehässä 2200–2450 ℃:n lämpötilassa. Hienot hiukkaset haihtuvat ja tiivistyvät karkeiden hiukkasten kosketuksessa muodostaen keraamia, jonka kovuus on timantin jälkeen toiseksi paras. Piikarbidi säilyttää korkean lämpötilan lujuuden, korroosionkestävyyden, hapettumisenkestävyyden ja lämpöshokkikestävyyden.
Tyypillisiä käyttökohteita: Korkean lämpötilan uunikalusteet, lämmönvaihtimet, polttosuuttimet; Ilmailu- ja sotilasaloilla sitä käytetään avaruusalusten rakenneosien, kuten moottoreiden, pyrstöevien ja rungon, valmistukseen, mikä voi parantaa laitteiden suorituskykyä ja käyttöikää.
5. Piillä tunkeutunut piikarbidikeramiikka (SiSiC)
Keskeiset edut: Sopii parhaiten teolliseen tuotantoon, lyhyt sintrausaika, matala lämpötila, täysin tiivis ja muotoilematon, koostuu piikarbidimatriisista ja tunkeutuneesta piifaasista, jaettu kahteen prosessiin: nesteen tunkeutumiseen ja kaasun tunkeutumiseen. Jälkimmäinen on kustannuksiltaan korkeampi, mutta vapaan piin tiheys ja tasaisuus ovat parempia.
Tyypillisiä käyttökohteita: alhainen huokoisuus, hyvä ilmatiiviys ja alhainen resistanssi edistävät staattisen sähkön poistamista, sopivat suurten, monimutkaisten tai onttojen osien valmistukseen, joita käytetään laajalti puolijohdekäsittelylaitteissa; Korkean kimmokerroimensa, keveytensä, suuren lujuutensa ja erinomaisen ilmatiiviytensä ansiosta se on ensisijainen korkean suorituskyvyn materiaali ilmailu- ja avaruusalalla, joka kestää kuormia avaruusympäristöissä ja varmistaa laitteiden tarkkuuden ja turvallisuuden.
Julkaisun aika: 02.09.2025