Siliciumcarbide (SiC) keramiekZijn het kernmateriaal geworden op het gebied van hogetemperatuurstructurele keramiek dankzij hun lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge thermische geleidbaarheid, hoge hardheid en uitstekende thermische en chemische stabiliteit. Ze worden veel gebruikt in belangrijke sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, kernenergie, defensie en halfgeleiders.
De extreem sterke covalente bindingen en lage diffusiecoëfficiënt van SiC maken de verdichting ervan echter moeilijk. Hiervoor heeft de industrie verschillende sintertechnologieën ontwikkeld, en SiC-keramiek dat met verschillende technologieën wordt bereid, vertoont aanzienlijke verschillen in microstructuur, eigenschappen en toepassingsscenario's. Hier volgt een analyse van de kernkenmerken van vijf gangbare siliciumcarbidekeramieken.
1. Niet-drukgesinterde SiC-keramiek (S-SiC)
Belangrijkste voordelen: Geschikt voor meerdere gietprocessen, lage kosten, niet beperkt door vorm en grootte, het is de eenvoudigste sintermethode voor massaproductie. Door boor en koolstof toe te voegen aan β-SiC, dat sporen zuurstof bevat, en dit te sinteren onder een inerte atmosfeer bij ongeveer 2000 °C, kan een gesinterd lichaam met een theoretische dichtheid van 98% worden verkregen. Er zijn twee processen: vaste fase en vloeibare fase. De eerste heeft een hogere dichtheid en zuiverheid, evenals een hoge thermische geleidbaarheid en hoge temperatuursterkte.
Typische toepassingen: Massaproductie van slijtvaste en corrosiebestendige afdichtringen en glijlagers; Dankzij de hoge hardheid, lage soortelijke massa en goede ballistische eigenschappen wordt het veel gebruikt als kogelwerend pantser voor voertuigen en schepen, evenals voor de bescherming van kluizen voor burgers en geldtransportvoertuigen. De multi-hitbestendigheid is superieur aan die van gewone SiC-keramiek en het breukpunt van cilindrische, lichtgewicht beschermende bepantsering kan meer dan 65 ton bereiken.
2. Reactiegesinterde SiC-keramiek (RB SiC)
Belangrijkste voordelen: Uitstekende mechanische prestaties, hoge sterkte, corrosiebestendigheid en oxidatiebestendigheid; Lage sintertemperatuur en lage kosten, waardoor een bijna netto-grootte kan worden bereikt. Het proces omvat het mengen van een koolstofbron met SiC-poeder om een staaf te produceren. Bij hoge temperaturen infiltreert gesmolten silicium de staaf en reageert met koolstof tot β-SiC, dat zich verbindt met de oorspronkelijke α-SiC en de poriën vult. De grootteverandering tijdens het sinteren is klein, waardoor het geschikt is voor de industriële productie van complex gevormde producten.
Typische toepassingen: Hogetemperatuurovenapparatuur, stralingsbuizen, warmtewisselaars, ontzwavelingsmondstukken. Vanwege de lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge elasticiteitsmodulus en bijna netto-vormende eigenschappen is het een ideaal materiaal geworden voor ruimtereflectoren. Het kan ook kwartsglas vervangen als ondersteunend onderdeel voor elektronische buizen en apparatuur voor de productie van halfgeleiderchips.
3. Warmgeperste gesinterde SiC-keramiek (HP SiC)
Belangrijkste voordeel: Synchroon sinteren onder hoge temperatuur en hoge druk, waardoor het poeder zich in een thermoplastische toestand bevindt, wat bevorderlijk is voor het massaoverdrachtsproces. Het kan producten met fijne korrels, een hoge dichtheid en goede mechanische eigenschappen produceren bij lagere temperaturen en in een kortere tijd, en kan een volledige dichtheid en een bijna zuivere sintertoestand bereiken.
Typische toepassing: Oorspronkelijk werden ze gebruikt als kogelwerende vesten voor bemanningsleden van Amerikaanse helikopters tijdens de Vietnamoorlog. Later werd het op de markt vervangen door warmgeperst boorcarbide. Tegenwoordig wordt het vooral gebruikt in scenario's met een hoge toegevoegde waarde, zoals sectoren met extreem hoge eisen aan samenstelling, zuiverheid en verdichting, maar ook in de slijtvaste en nucleaire industrie.
4. Herkristalliseerde SiC-keramiek (R-SiC)
Belangrijkste voordeel: er hoeven geen sinterhulpmiddelen te worden toegevoegd; het is een veelgebruikte methode voor het vervaardigen van ultrazuivere en grote SiC-componenten. Het proces omvat het mengen van grove en fijne SiC-poeders in verhouding en het vormen en sinteren ervan in een inerte atmosfeer bij temperaturen van 2200 tot 2450 °C. Fijne deeltjes verdampen en condenseren bij contact tussen grove deeltjes om keramiek te vormen, met een hardheid die alleen onderdoet voor diamant. SiC behoudt een hoge temperatuurbestendigheid, corrosiebestendigheid, oxidatiebestendigheid en thermische schokbestendigheid.
Typische toepassingen: Ovenbehuizingen voor hoge temperaturen, warmtewisselaars, verbrandingsmondstukken. In de lucht- en ruimtevaart en op militair gebied wordt het gebruikt voor de productie van structurele componenten van ruimtevaartuigen, zoals motoren, staartvinnen en romp, wat de prestaties en levensduur van apparatuur kan verbeteren.
5. Silicium-geïnfiltreerde SiC-keramiek (SiSiC)
Belangrijkste voordelen: Het meest geschikt voor industriële productie, met een korte sintertijd, lage temperatuur, volledig dicht en onvervormd, samengesteld uit een SiC-matrix en een geïnfiltreerde Si-fase, verdeeld in twee processen: vloeistofinfiltratie en gasinfiltratie. De laatste is duurder, maar heeft een betere dichtheid en uniformiteit van vrij silicium.
Typische toepassingen: lage porositeit, goede luchtdichtheid en lage weerstand dragen bij aan het elimineren van statische elektriciteit, geschikt voor de productie van grote, complexe of holle onderdelen, veel gebruikt in halfgeleiderverwerkingsapparatuur. Vanwege de hoge elasticiteitsmodulus, het lichte gewicht, de hoge sterkte en de uitstekende luchtdichtheid is dit het geprefereerde hoogwaardige materiaal in de lucht- en ruimtevaartsector, dat belastingen in ruimteomgevingen kan weerstaan en de nauwkeurigheid en veiligheid van apparatuur garandeert.
Plaatsingstijd: 02-09-2025