Dalam bidang sains bahan yang luas, seramik silikon karbida telah menjadi "kesayangan" bagi banyak bidang berteknologi tinggi kerana sifatnya yang sangat baik seperti kekerasan yang tinggi, kekuatan yang tinggi, kestabilan haba yang baik, dan kestabilan kimia. Daripada aeroangkasa kepada pembuatan semikonduktor, daripada kenderaan tenaga baharu kepada jentera perindustrian, seramik silikon karbida memainkan peranan yang sangat penting. Dalam proses penyediaan seramik silikon karbida, kaedah pensinteran merupakan faktor utama yang menentukan sifat dan julat aplikasinya. Hari ini, kita akan mendalami proses pensinteran silikon karbida dan menumpukan pada meneroka kelebihan unik pensinteran tindak balas.seramik silikon karbida.
Kaedah pensinteran biasa untuk silikon karbida
Terdapat pelbagai kaedah sintering untuk silikon karbida, setiap satunya dengan prinsip dan ciri uniknya sendiri.
1. Sintering tekan panas: Kaedah sintering ini melibatkan meletakkan serbuk silikon karbida ke dalam acuan, mengenakan tekanan tertentu semasa pemanasan, untuk melengkapkan proses pengacuan dan sintering secara serentak. Sintering tekan panas boleh menghasilkan seramik silikon karbida yang padat pada suhu yang agak rendah dan dalam tempoh masa yang singkat, dengan saiz butiran halus dan sifat mekanikal yang baik. Walau bagaimanapun, peralatan sintering tekan panas adalah kompleks, kos acuan tinggi, keperluan proses pengeluaran adalah ketat, dan hanya bahagian berbentuk mudah yang boleh disediakan, mengakibatkan kecekapan pengeluaran yang rendah, yang sehingga tahap tertentu mengehadkan aplikasi berskala besarnya.
2. Pensinteran tekanan atmosfera: Pensinteran tekanan atmosfera ialah proses pensinteran ketumpatan silikon karbida dengan memanaskannya kepada 2000-2150 ℃ di bawah tekanan atmosfera dan keadaan atmosfera lengai, dengan menambah alat bantu pensinteran yang sesuai. Ia dibahagikan kepada dua proses: pensinteran keadaan pepejal dan pensinteran fasa cecair. Pensinteran fasa pepejal boleh mencapai ketumpatan silikon karbida yang tinggi, tanpa fasa kaca antara kristal, dan sifat mekanikal suhu tinggi yang sangat baik; Pensinteran fasa cecair mempunyai kelebihan suhu pensinteran yang lebih rendah, saiz butiran yang lebih kecil, dan kekuatan lenturan bahan yang lebih baik dan keliatan patah. Pensinteran tekanan atmosfera tidak mempunyai sekatan pada bentuk dan saiz produk, kos pengeluaran yang rendah, dan sifat bahan komprehensif yang sangat baik, tetapi suhu pensinteran adalah tinggi dan penggunaan tenaga adalah tinggi.
3. Pensinteran tindak balas: Silikon karbida tersinter tindak balas pertama kali dicadangkan oleh P. Popper pada tahun 1950-an. Proses ini melibatkan pencampuran sumber karbon dan serbuk silikon karbida, dan menyediakan jasad hijau melalui kaedah seperti pengacuan suntikan, penekanan kering, atau penekanan isostatik sejuk. Kemudian, bilet dipanaskan sehingga melebihi 1500 ℃ di bawah vakum atau atmosfera lengai, di mana silikon pepejal cair menjadi silikon cecair, yang menyusup masuk ke dalam bilet yang mengandungi liang melalui tindakan kapilari. Silikon cecair atau wap silikon menjalani tindak balas kimia dengan C dalam jasad hijau, dan β – SiC yang dihasilkan secara in-situ bergabung dengan zarah SiC asal dalam jasad hijau untuk membentuk bahan seramik silikon karbida tersinter tindak balas.
![]()
Kelebihan Seramik Silikon Karbida Sintering Reaksi
Berbanding kaedah pensinteran lain, seramik silikon karbida tersinter tindak balas mempunyai banyak kelebihan ketara:
1. Suhu pensinteran rendah dan kos terkawal: Suhu pensinteran tindak balas biasanya lebih rendah daripada suhu pensinteran atmosfera, sekali gus mengurangkan penggunaan tenaga dan keperluan prestasi suhu tinggi untuk peralatan pensinteran dengan ketara. Suhu pensinteran yang lebih rendah bermakna kos penyelenggaraan peralatan yang lebih rendah dan penggunaan tenaga yang lebih rendah semasa proses pengeluaran, sekali gus mengurangkan kos pengeluaran dengan berkesan. Ini menjadikan seramik silikon karbida pensinteran tindak balas mempunyai kelebihan ekonomi yang ketara dalam pengeluaran berskala besar.
2. Pembentukan saiz bersih yang hampir sama, sesuai untuk struktur kompleks: Semasa proses pensinteran tindak balas, bahan tersebut hampir tidak mengalami pengecutan isipadu. Ciri ini menjadikannya sangat sesuai untuk menyediakan komponen struktur bersaiz besar dan berbentuk kompleks. Sama ada komponen mekanikal jitu atau komponen peralatan perindustrian yang besar, seramik silikon karbida pensinteran tindak balas dapat memenuhi keperluan reka bentuk dengan tepat, mengurangkan langkah pemprosesan berikutnya, meningkatkan kecekapan pengeluaran, dan juga mengurangkan kehilangan bahan dan peningkatan kos yang disebabkan oleh pemprosesan.
3. Tahap ketumpatan bahan yang tinggi: Dengan mengawal keadaan tindak balas secara munasabah, sintering tindak balas boleh mencapai tahap ketumpatan seramik silikon karbida yang tinggi. Struktur padat memberikan bahan tersebut sifat mekanikal yang sangat baik, seperti kekuatan lenturan dan kekuatan mampatan yang tinggi, membolehkannya mengekalkan integriti struktur di bawah daya luaran yang ketara. Pada masa yang sama, struktur padat juga meningkatkan rintangan haus dan rintangan kakisan bahan, membolehkannya beroperasi secara stabil dalam persekitaran kerja yang keras dan memanjangkan hayat perkhidmatannya.
4. Kestabilan kimia yang baik: Seramik silikon karbida sinter tindak balas mempunyai rintangan yang sangat baik terhadap asid kuat dan logam lebur. Dalam industri seperti kimia dan metalurgi, peralatan sering perlu bersentuhan dengan pelbagai media menghakis. Seramik silikon karbida sinter tindak balas boleh menahan hakisan media ini dengan berkesan, memastikan operasi peralatan yang normal, mengurangkan kos penyelenggaraan dan penggantian, dan meningkatkan kesinambungan dan kestabilan pengeluaran.
Boleh diaplikasikan secara meluas dalam pelbagai bidang
Dengan kelebihan ini, seramik silikon karbida sinter tindak balas telah digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang. Dalam bidang peralatan tanur suhu tinggi, ia boleh menahan persekitaran suhu tinggi dan memastikan operasi tanur yang cekap; Dalam penukar haba, kekonduksian terma dan rintangan kakisan yang sangat baik menjadikannya pilihan bahan yang ideal; Dalam peralatan perlindungan alam sekitar seperti muncung penyahsulfuran, ia boleh menahan hakisan media menghakis dan memastikan operasi peralatan yang stabil dalam jangka masa panjang. Di samping itu, seramik silikon karbida sinter tindak balas juga memainkan peranan penting dalam bidang mewah seperti fotovoltaik dan aeroangkasa.
Seramik silikon karbida sinter tindak balas menduduki kedudukan penting dalam keluarga seramik silikon karbida kerana kelebihan uniknya. Dengan kemajuan teknologi yang berterusan dan pengoptimuman proses yang berterusan, dipercayai bahawa seramik silikon karbida sinter tindak balas akan menunjukkan prestasi cemerlangnya dalam lebih banyak bidang, memberikan sokongan bahan yang kukuh untuk pembangunan pelbagai industri.
Masa siaran: 13 Jun 2025