Սիլիցիումի կարբիդային կերամիկայի «կլոնավորման տեխնիկան». Հինգ հիմնական տեսակների վերլուծություն

Սիլիցիումի կարբիդային (SiC) կերամիկադարձել են բարձր ջերմաստիճանային կառուցվածքային կերամիկայի ոլորտի հիմնական նյութը՝ իրենց ցածր ջերմային ընդարձակման գործակցի, բարձր ջերմահաղորդականության, բարձր կարծրության և գերազանց ջերմային ու քիմիական կայունության շնորհիվ։ Դրանք լայնորեն կիրառվում են այնպիսի հիմնական ոլորտներում, ինչպիսիք են ավիատիեզերական արդյունաբերությունը, միջուկային էներգետիկան, ռազմական և կիսահաղորդիչները։
Սակայն SiC-ի չափազանց ուժեղ կովալենտային կապերը և ցածր դիֆուզիոն գործակիցը դժվարացնում են դրա խտացումը: Այդ նպատակով արդյունաբերությունը մշակել է տարբեր սինթերացման տեխնոլոգիաներ, և տարբեր տեխնոլոգիաներով պատրաստված SiC կերամիկան զգալի տարբերություններ ունի միկրոկառուցվածքի, հատկությունների և կիրառման սցենարների առումով: Ահա սիլիցիումի կարբիդային հինգ հիմնական կերամիկայի հիմնական բնութագրերի վերլուծությունը:
1. Ճնշման չենթարկվող սինթեզված SiC կերամիկա (S-SiC)
Հիմնական առավելությունները՝ Հարմար է բազմակի ձուլման գործընթացների համար, ցածր գին, չի սահմանափակվում ձևով և չափսերով, այն զանգվածային արտադրության հասնելու ամենահեշտ սինթերացման մեթոդն է: Բոր և ածխածին ավելացնելով թթվածնի հետքեր պարունակող β-SiC-ին և սինթերացնելով այն իներտ մթնոլորտում մոտ 2000 ℃ ջերմաստիճանում, կարելի է ստանալ 98% տեսական խտությամբ սինթերացված մարմին: Կան երկու գործընթացներ՝ պինդ փուլ և հեղուկ փուլ: Առաջինն ունի ավելի բարձր խտություն և մաքրություն, ինչպես նաև բարձր ջերմահաղորդականություն և բարձր ջերմաստիճանային դիմադրություն:
Տիպիկ կիրառություններ՝ մաշվածությանը դիմացկուն և կոռոզիային դիմացկուն կնքող օղակների և սահող կրողների զանգվածային արտադրություն։ Բարձր կարծրության, ցածր տեսակարար կշռի և լավ բալիստիկ կատարողականության շնորհիվ այն լայնորեն օգտագործվում է որպես փամփուշտակայուն զրահ տրանսպորտային միջոցների և նավերի, ինչպես նաև քաղաքացիական սեյֆերի և կանխիկ դրամարկղերի պաշտպանության համար։ Դրա բազմակի հարվածային դիմադրությունը գերազանցում է սովորական SiC կերամիկային, իսկ գլանաձև թեթև պաշտպանիչ զրահի կոտրման կետը կարող է հասնել ավելի քան 65 տոննայի։
2. Ռեակցիոն սինթեզված SiC կերամիկա (RB SiC)
Հիմնական առավելություններ՝ գերազանց մեխանիկական կատարողականություն, բարձր ամրություն, կոռոզիայի դիմադրություն և օքսիդացման դիմադրություն։ Ցածր սինտերացման ջերմաստիճան և արժեք, որը կարող է ձևավորել մոտ զուտ չափի։ Գործընթացը ներառում է ածխածնի աղբյուրը SiC փոշու հետ խառնելը՝ կտոր ստանալու համար։ Բարձր ջերմաստիճաններում հալված սիլիցիումը ներթափանցում է կտորի մեջ և ռեակցիայի մեջ է մտնում ածխածնի հետ՝ առաջացնելով β-SiC, որը միանում է սկզբնական α-SiC-ին և լցնում ծակոտիները։ Սինտերացման ընթացքում չափի փոփոխությունը փոքր է, ինչը այն հարմար է դարձնում բարդ ձևավորված արտադրանքի արդյունաբերական արտադրության համար։
Բնորոշ կիրառություններ՝ Բարձր ջերմաստիճանի վառարանային սարքավորումներ, ճառագայթային խողովակներ, ջերմափոխանակիչներ, ծծմբազերծման ծայրակալներ։ Իր ցածր ջերմային ընդարձակման գործակցի, բարձր առաձգականության մոդուլի և ցանցին մոտ ձևավորման բնութագրերի շնորհիվ այն դարձել է իդեալական նյութ տիեզերական անդրադարձիչների համար։ Այն նաև կարող է փոխարինել քվարցային ապակին որպես էլեկտրոնային խողովակների և կիսահաղորդչային չիպերի արտադրության սարքավորումների կրող հարմարանք։

3. Տաք սեղմված սինթեզված SiC կերամիկա (HP SiC)
Հիմնական առավելություն. Սինխրոն սինտերացման դեպքում բարձր ջերմաստիճանի և բարձր ճնշման տակ փոշին գտնվում է ջերմապլաստիկ վիճակում, ինչը նպաստում է զանգվածի փոխանցման գործընթացին: Այն կարող է արտադրել նուրբ հատիկներով, բարձր խտությամբ և լավ մեխանիկական հատկություններով արտադրանք ցածր ջերմաստիճաններում և ավելի կարճ ժամանակահատվածում, և կարող է հասնել լրիվ խտության և գրեթե մաքուր սինտերացման վիճակի:
Տիպիկ կիրառություն. Սկզբնապես օգտագործվելով որպես զրահաբաճկոններ ԱՄՆ ուղղաթիռների անձնակազմի անդամների համար Վիետնամի պատերազմի ժամանակ, զրահատեխնիկայի շուկան փոխարինվեց տաք սեղմված բորի կարբիդով։ Ներկայումս այն հիմնականում օգտագործվում է բարձր արժեք ավելացնող պայմաններում, ինչպիսիք են կազմի վերահսկողության, մաքրության և խտության չափազանց բարձր պահանջներ ունեցող հանքավայրերը, ինչպես նաև մաշվածությանը դիմացկուն և միջուկային արդյունաբերության հանքավայրերը։
4. Վերաբյուրեղացված SiC կերամիկա (R-SiC)
Հիմնական առավելություն. Անհրաժեշտ չէ ավելացնել սինթերացման օժանդակ նյութեր, սա գերբարձր մաքրության և մեծ չափի SiC սարքեր պատրաստելու տարածված մեթոդ է: Գործընթացը ներառում է խոշոր և մանր SiC փոշիների համամասնորեն խառնումը և դրանց ձևավորումը, սինթերացումը իներտ մթնոլորտում 2200~2450 ℃ ջերմաստիճանում: Մանր մասնիկները գոլորշիանում և խտանում են խոշոր մասնիկների միջև շփման տեղում՝ ձևավորելով կերամիկա, որի կարծրությունը զիջում է միայն ադամանդին: SiC-ն պահպանում է բարձր բարձր ջերմաստիճանային դիմադրություն, կոռոզիայի դիմադրություն, օքսիդացման դիմադրություն և ջերմային ցնցումների դիմադրություն:
Բնորոշ կիրառություններ՝ բարձր ջերմաստիճանի վառարանների կահույք, ջերմափոխանակիչներ, այրման ծորակներ։ Ավիատիեզերական և ռազմական ոլորտներում այն ​​օգտագործվում է տիեզերանավի կառուցվածքային բաղադրիչների, ինչպիսիք են շարժիչները, պոչի լողակները և ֆյուզելյաժը, արտադրության համար, որոնք կարող են բարելավել սարքավորումների աշխատանքը և ծառայության ժամկետը։
5. Սիլիցիումով ներծծված SiC կերամիկա (SiSiC)
Հիմնական առավելություններ՝ Առավել հարմար է արդյունաբերական արտադրության համար, կարճ սինտերացման ժամանակով, ցածր ջերմաստիճանով, լիովին խիտ և չդեֆորմացված, կազմված SiC մատրիցից և ներծծված Si փուլից, բաժանված երկու գործընթացի՝ հեղուկի ներծծում և գազի ներծծում: Վերջինս ունի ավելի բարձր գին, բայց ավելի լավ խտություն և ազատ սիլիցիումի միատարրություն:
Տիպիկ կիրառություններ՝ ցածր ծակոտկենությունը, լավ հերմետիկությունը և ցածր դիմադրությունը նպաստում են ստատիկ էլեկտրականության վերացմանը, հարմար են մեծ, բարդ կամ խոռոչ մասեր արտադրելու համար, լայնորեն կիրառվում են կիսահաղորդչային մշակման սարքավորումներում։ Բարձր առաձգականության մոդուլի, թեթև քաշի, բարձր ամրության և գերազանց հերմետիկության շնորհիվ այն ավիատիեզերական ոլորտում նախընտրելի բարձր արդյունավետության նյութ է, որը կարող է դիմակայել տիեզերական միջավայրերում բեռներին և ապահովել սարքավորումների ճշգրտությունն ու անվտանգությունը։