სილიციუმის კარბიდის კერამიკის „კლონირების ტექნიკა“: ხუთი ძირითადი ტიპის ანალიზი

სილიციუმის კარბიდის (SiC) კერამიკადაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის, მაღალი თბოგამტარობის, მაღალი სიმტკიცისა და შესანიშნავი თერმული და ქიმიური სტაბილურობის გამო, ისინი მაღალტემპერატურულ სტრუქტურულ კერამიკის სფეროში ძირითად მასალად იქცნენ. ისინი ფართოდ გამოიყენება ისეთ ძირითად სფეროებში, როგორიცაა აერონავტიკა, ბირთვული ენერგია, სამხედრო და ნახევარგამტარები.
თუმცა, SiC-ის უკიდურესად ძლიერი კოვალენტური ბმები და დაბალი დიფუზიის კოეფიციენტი მის დენსიფიკაციას ართულებს. ამ მიზნით, ინდუსტრიამ შეიმუშავა სხვადასხვა შედუღების ტექნოლოგია და სხვადასხვა ტექნოლოგიით დამზადებულ SiC კერამიკას მნიშვნელოვანი განსხვავებები აქვს მიკროსტრუქტურის, თვისებებისა და გამოყენების სცენარების მიხედვით. აქ მოცემულია ხუთი ძირითადი სილიციუმის კარბიდის კერამიკის ძირითადი მახასიათებლების ანალიზი.
1. წნევის გარეშე შედუღებული SiC კერამიკა (S-SiC)
ძირითადი უპირატესობები: გამოდგება მრავალი ჩამოსხმის პროცესისთვის, დაბალი ღირებულება, არ შემოიფარგლება ფორმითა და ზომით, ეს არის უმარტივესი შედუღების მეთოდი მასობრივი წარმოების მისაღწევად. ბორისა და ნახშირბადის დამატებით β-SiC-ში, რომელიც შეიცავს ჟანგბადის მცირე რაოდენობას და შედუღებით ინერტულ ატმოსფეროში დაახლოებით 2000 ℃ ტემპერატურაზე, შესაძლებელია 98%-იანი თეორიული სიმკვრივის შედუღებული სხეულის მიღება. არსებობს ორი პროცესი: მყარი ფაზა და თხევადი ფაზა. პირველს აქვს უფრო მაღალი სიმკვრივე და სისუფთავე, ასევე მაღალი თბოგამტარობა და მაღალტემპერატურული სიმტკიცე.
ტიპიური გამოყენება: ცვეთამედეგი და კოროზიისადმი მდგრადი დალუქვის რგოლებისა და მოცურების საკისრების მასობრივი წარმოება; მაღალი სიმტკიცის, დაბალი სპეციფიკური სიმძიმისა და კარგი ბალისტიკური მახასიათებლების გამო, იგი ფართოდ გამოიყენება როგორც ტყვიაგაუმტარი ჯავშანი სატრანსპორტო საშუალებებისა და გემებისთვის, ასევე სამოქალაქო სეიფებისა და ნაღდი ფულის გადაზიდვის მანქანების დასაცავად. მისი მრავალჯერადი დარტყმისადმი მდგრადობა აღემატება ჩვეულებრივ SiC კერამიკას, ხოლო ცილინდრული მსუბუქი დამცავი ჯავშნის მოტეხილობის წერტილი შეიძლება 65 ტონაზე მეტს აღწევდეს.
2. რეაქციით შედუღებული SiC კერამიკა (RB SiC)
ძირითადი უპირატესობები: შესანიშნავი მექანიკური მახასიათებლები, მაღალი სიმტკიცე, კოროზიისადმი მდგრადობა და დაჟანგვისადმი მდგრადობა; დაბალი შედუღების ტემპერატურა და ღირებულება, რაც საშუალებას იძლევა თითქმის წმინდა ზომის ფორმირების. პროცესი გულისხმობს ნახშირბადის წყაროს SiC ფხვნილთან შერევას ნამსხვრევების მისაღებად. მაღალ ტემპერატურაზე გამდნარი სილიციუმი შედის ნამსხვრევებში და რეაგირებს ნახშირბადთან β-SiC-ის წარმოქმნით, რომელიც უერთდება საწყის α-SiC-ს და ავსებს ფორებს. შედუღების დროს ზომის ცვლილება მცირეა, რაც მას ვარგისს ხდის რთული ფორმის პროდუქტების სამრეწველო წარმოებისთვის.
ტიპიური გამოყენება: მაღალი ტემპერატურის ღუმელის აღჭურვილობა, გამოსხივების მილები, სითბოს გადამცვლელები, გოგირდის შემცველი საქშენები; დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის, მაღალი ელასტიურობის მოდულის და თითქმის ბადისებრი ფორმირების მახასიათებლების გამო, ის იდეალურ მასალად იქცა კოსმოსური რეფლექტორებისთვის; მას ასევე შეუძლია ჩაანაცვლოს კვარცის მინა, როგორც ელექტრონული მილებისა და ნახევარგამტარული ჩიპების წარმოების აღჭურვილობის საყრდენი ფიქსატორი.

3. ცხელი დაწნეხვის შედუღებული SiC კერამიკა (HP SiC)
ძირითადი უპირატესობა: სინქრონული შეწოვის დროს მაღალი ტემპერატურისა და წნევის პირობებში ფხვნილი თერმოპლასტიკურ მდგომარეობაშია, რაც ხელს უწყობს მასის გადაცემის პროცესს. მას შეუძლია დაბალ ტემპერატურაზე და უფრო მოკლე დროში წარმოქმნას წვრილი მარცვლების, მაღალი სიმკვრივის და კარგი მექანიკური თვისებების მქონე პროდუქტები და მიაღწიოს სრულ სიმკვრივეს და სუფთა შეწოვასთან ახლოს მყოფ მდგომარეობას.
ტიპიური გამოყენება: თავდაპირველად ვიეტნამის ომის დროს აშშ-ის ვერტმფრენის ეკიპაჟის წევრებისთვის ტყვიაგაუმტარ ჟილეტებად გამოიყენებოდა, შემდეგ კი ჯავშნის ბაზარი ცხელი დაწნეხვით დამუშავებულმა ბორის კარბიდმა ჩაანაცვლა; ამჟამად ის ძირითადად გამოიყენება მაღალი დამატებითი ღირებულების მქონე სცენარებში, როგორიცაა შემადგენლობის კონტროლის, სისუფთავისა და სიმკვრივის უკიდურესად მაღალი მოთხოვნების მქონე საბადოები, ასევე ცვეთამედეგი და ბირთვული მრეწველობის სფეროები.
4. გადაკრისტალებული SiC კერამიკა (R-SiC)
ძირითადი უპირატესობა: არ არის საჭირო შედუღების დამხმარე საშუალებების დამატება, ეს არის ულტრამაღალი სისუფთავის და დიდი SiC მოწყობილობების მომზადების გავრცელებული მეთოდი. პროცესი გულისხმობს უხეში და წვრილი SiC ფხვნილების პროპორციულად შერევას და მათ ფორმირებას, შემდეგ კი ინერტულ ატმოსფეროში შედუღებას 2200~2450 ℃ ტემპერატურაზე. წვრილი ნაწილაკები ორთქლდება და კონდენსირდება უხეში ნაწილაკების შეხების ადგილას კერამიკის წარმოსაქმნელად, რომლის სიმტკიცე ალმასის შემდეგ მეორეა. SiC ინარჩუნებს მაღალ მაღალტემპერატურულ სიმტკიცეს, კოროზიისადმი მდგრადობას, დაჟანგვისადმი მდგრადობას და თერმული დარტყმისადმი მდგრადობას.
ტიპიური გამოყენება: მაღალი ტემპერატურის ღუმელის ავეჯი, თბოგამცვლელები, წვის საქშენები; აერონავტიკულ და სამხედრო სფეროებში გამოიყენება კოსმოსური ხომალდის სტრუქტურული კომპონენტების, როგორიცაა ძრავები, კუდის ფარფლები და ფიუზელაჟი, წარმოებაში, რამაც შეიძლება გააუმჯობესოს აღჭურვილობის მუშაობა და მომსახურების ვადა.
5. სილიციუმით ინფილტრირებული SiC კერამიკა (SiSiC)
ძირითადი უპირატესობები: ყველაზე შესაფერისია სამრეწველო წარმოებისთვის, მოკლე შედუღების დროით, დაბალი ტემპერატურით, სრულად მკვრივი და არადეფორმირებული, შედგება SiC მატრიცისა და ინფილტრირებული Si ფაზისგან, დაყოფილია ორ პროცესად: სითხის ინფილტრაცია და გაზის ინფილტრაცია. ეს უკანასკნელი უფრო მაღალი ფასით, მაგრამ უკეთესი სიმკვრივით და თავისუფალი სილიციუმის ერთგვაროვნებით ხასიათდება.
ტიპიური გამოყენება: დაბალი ფორიანობა, კარგი ჰერმეტულობა და დაბალი წინააღმდეგობა ხელს უწყობს სტატიკური ელექტროენერგიის აღმოფხვრას, შესაფერისია დიდი, რთული ან ღრუ ნაწილების წარმოებისთვის, ფართოდ გამოიყენება ნახევარგამტარული დამუშავების მოწყობილობებში; მაღალი ელასტიურობის მოდულის, მსუბუქი წონის, მაღალი სიმტკიცისა და შესანიშნავი ჰერმეტულობის გამო, ეს არის სასურველი მაღალი ხარისხის მასალა აერონავტიკის სფეროში, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს დატვირთვას კოსმოსურ გარემოში და უზრუნველყოს აღჭურვილობის სიზუსტე და უსაფრთხოება.