Материалтанудың кең саласында кремний карбиді керамикасы жоғары қаттылық, жоғары беріктік, жақсы термиялық тұрақтылық және химиялық тұрақтылық сияқты тамаша қасиеттерінің арқасында көптеген жоғары технологиялық салалардың «сүйіктісіне» айналды. Әуе-ғарыштан жартылай өткізгіш өндірісіне дейін, жаңа энергетикалық көліктерден өнеркәсіптік машиналарға дейін кремний карбиді керамикасы маңызды рөл атқарады. Кремний карбиді керамикасын дайындау процесінде күйдіру әдісі оның қасиеттері мен қолданылу ауқымын анықтайтын негізгі фактор болып табылады. Бүгін біз кремний карбидін күйдіру процесін тереңірек қарастырамыз және реакциялық күйдірудің бірегей артықшылықтарын зерттеуге назар аударамыз.кремний карбиді керамикасы.
Кремний карбидін алудың кең таралған әдістері
Кремний карбидін әртүрлі күйдіру әдістері бар, олардың әрқайсысының өзіндік принциптері мен сипаттамалары бар.
1. Ыстық престеу арқылы күйдіру: Бұл күйдіру әдісі кремний карбиді ұнтағын қалыпқа салуды, қыздыру кезінде белгілі бір қысымды қолдануды, қалыптау мен күйдіру процестерін бір уақытта аяқтауды қамтиды. Ыстық престеу арқылы күйдіру салыстырмалы түрде төмен температурада және қысқа мерзімде, ұсақ түйіршікті және жақсы механикалық қасиеттері бар тығыз кремний карбиді керамикасын алуға болады. Дегенмен, ыстық престеу арқылы күйдіру жабдығы күрделі, қалып құны жоғары, өндіріс процесінің талаптары қатаң және тек қарапайым пішінді бөлшектерді дайындауға болады, бұл өндіріс тиімділігінің төмендеуіне әкеледі, бұл белгілі бір дәрежеде оны кең көлемде қолдануды шектейді.
2. Атмосфералық қысыммен күйдіру: Атмосфералық қысыммен күйдіру - бұл кремний карбидін атмосфералық қысым мен инертті атмосфера жағдайында 2000-2150 ℃ дейін қыздыру арқылы тығыздау арқылы күйдіру процесі, оған тиісті күйдіру құралдарын қосу арқылы жүзеге асырылады. Ол екі процеске бөлінеді: қатты күйдегі күйдіру және сұйық фазалы күйдіру. Қатты фазалы күйдіру кремний карбидінің жоғары тығыздығына қол жеткізуге мүмкіндік береді, кристалдар арасында шыны фаза болмайды және жоғары температуралы механикалық қасиеттер тамаша; Сұйық фазалы күйдірудің күйдіру температурасының төмендеуі, түйіршік өлшемінің кішіреюі және материалдың иілу беріктігі мен сыну беріктігінің жақсаруы сияқты артықшылықтары бар. Атмосфералық қысыммен күйдіруде өнімнің пішіні мен өлшеміне ешқандай шектеулер жоқ, өндіріс шығындары төмен және материалдың тамаша кешенді қасиеттері бар, бірақ күйдіру температурасы жоғары және энергия тұтынуы жоғары.
3. Реакциялық күйдіру: Реакциялық күйдіргіш кремний карбидін алғаш рет 1950 жылдары П. Поппер ұсынған. Процесс көміртегі көзі мен кремний карбиді ұнтағын араластыруды және жасыл денені инъекциялық қалыптау, құрғақ престеу немесе суық изостатикалық престеу сияқты әдістер арқылы дайындауды қамтиды. Содан кейін дайындама вакуумда немесе инертті атмосферада 1500 ℃-тан жоғары температураға дейін қыздырылады, сол кезде қатты кремний сұйық кремнийге ериді, ол капиллярлық әсер арқылы тесіктері бар дайындамаға енеді. Сұйық кремний немесе кремний буы жасыл денеде C2-мен химиялық реакцияға түседі, ал in situ түзілген β-SiC2 жасыл денедегі бастапқы SiC2 бөлшектерімен бірігіп, реакциялық күйдіргіш кремний карбиді керамикалық материалдарын түзеді.
Кремний карбидті керамиканы реакциялық күйдірудің артықшылықтары
Басқа күйдіру әдістерімен салыстырғанда, реакциялық күйдіру арқылы күйдірілген кремний карбидті керамиканың көптеген маңызды артықшылықтары бар:
1. Төмен күйдіру температурасы және басқарылатын құны: Реакциялық күйдіру температурасы әдетте атмосфералық күйдіру температурасынан төмен болады, бұл энергия тұтынуды және күйдіру жабдықтарына қойылатын жоғары температуралық өнімділік талаптарын айтарлықтай азайтады. Төмен күйдіру температурасы жабдыққа техникалық қызмет көрсету шығындарын төмендетеді және өндіріс процесінде энергия тұтынуды азайтады, бұл өндіріс шығындарын тиімді түрде азайтады. Бұл реакциялық күйдіру арқылы жасалған кремний карбидті керамиканың ірі көлемді өндірісте айтарлықтай экономикалық артықшылықтарға ие болуына мүмкіндік береді.
2. Күрделі құрылымдарға жарамды, таза өлшемге жақын қалыптау: Реакциялық күйдіру процесінде материал көлемдік кішіреюге ұшырамайды. Бұл сипаттама оны үлкен өлшемді, күрделі пішінді құрылымдық компоненттерді дайындауға ерекше қолайлы етеді. Дәл механикалық компоненттер немесе ірі өнеркәсіптік жабдық компоненттері болсын, реакциялық күйдірілген кремний карбидті керамика жобалау талаптарын дәл қанағаттандыра алады, кейінгі өңдеу қадамдарын азайтады, өндіріс тиімділігін арттырады, сондай-ақ өңдеуден туындаған материалдың жоғалуын және құнының өсуін азайтады.
3. Материалдың тығыздалуы жоғары дәрежеде: Реакция жағдайларын ақылға қонымды түрде бақылау арқылы реакциялық күйдіру кремний карбидті керамикасының тығыздалуы жоғары дәрежеде болуы мүмкін. Тығыз құрылым материалға жоғары иілу беріктігі және қысу беріктігі сияқты тамаша механикалық қасиеттер береді, бұл оған айтарлықтай сыртқы күштер кезінде құрылымдық тұтастықты сақтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, тығыз құрылым материалдың тозуға төзімділігі мен коррозияға төзімділігін арттырады, бұл оған қатал жұмыс ортасында тұрақты жұмыс істеуге және қызмет ету мерзімін ұзартуға мүмкіндік береді.
4. Жақсы химиялық тұрақтылық: Реакциялық күйдірілген кремний карбиді керамикасы күшті қышқылдар мен балқытылған металдарға тамаша төзімділікке ие. Химиялық және металлургиялық салаларда жабдықтардың әртүрлі коррозиялық орталармен жанасуы жиі қажет. Реакциялық күйдірілген кремний карбиді керамикасы бұл орталардың эрозиясына тиімді қарсы тұра алады, жабдықтың қалыпты жұмысын қамтамасыз етеді, техникалық қызмет көрсету және ауыстыру шығындарын азайтады, сондай-ақ өндірістің үздіксіздігі мен тұрақтылығын жақсартады.
Әр түрлі салаларда кеңінен қолданылады
Осы артықшылықтарымен реакциялық күйдіргіш кремний карбидті керамикасы көптеген салаларда кеңінен қолданылды. Жоғары температуралы пеш жабдықтары саласында ол жоғары температуралы ортаға төтеп бере алады және пештердің тиімді жұмысын қамтамасыз етеді; жылу алмастырғыштарда олардың тамаша жылу өткізгіштігі мен коррозияға төзімділігі оларды тамаша материал таңдауына айналдырады; күкіртсіздендіру форсункалары сияқты қоршаған ортаны қорғау жабдықтарында ол коррозиялық ортаның эрозиясына төтеп бере алады және жабдықтың ұзақ мерзімді тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, реакциялық күйдіргіш кремний карбидті керамикасы фотоэлектрлік және аэроғарыштық сияқты жоғары деңгейлі салаларда да маңызды рөл атқарады.
Реакциялық күйдірілген кремний карбиді керамикасы өзінің ерекше артықшылықтарына байланысты кремний карбиді керамикасында маңызды орын алады. Технологияның үздіксіз дамуы және процестерді үздіксіз оңтайландыру арқылы реакциялық күйдірілген кремний карбиді керамикасы көптеген салаларда өзінің тамаша өнімділігін көрсетіп, әртүрлі салалардың дамуына күшті материалдық қолдау көрсетеді деп есептеледі.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 13 маусым