Silisiumkarbid (SiC) keramikkhar blitt kjernematerialet innen høytemperaturstrukturkeramikk på grunn av deres lave termiske ekspansjonskoeffisient, høye varmeledningsevne, høye hardhet og utmerkede termiske og kjemiske stabilitet. De er mye brukt i viktige felt som luftfart, kjernekraft, militær og halvledere.
De ekstremt sterke kovalente bindingene og den lave diffusjonskoeffisienten til SiC gjør det imidlertid vanskelig å fortette det. For å oppnå dette har industrien utviklet ulike sintringsteknologier, og SiC-keramikk fremstilt med forskjellige teknologier har betydelige forskjeller i mikrostruktur, egenskaper og bruksscenarier. Her er en analyse av kjerneegenskapene til fem vanlige silisiumkarbidkeramikktyper.
1. Ikke-trykksintret SiC-keramikk (S-SiC)
Kjernefordeler: Egnet for flere støpeprosesser, lav kostnad, ikke begrenset av form og størrelse, er det den enkleste sintringsmetoden for å oppnå masseproduksjon. Ved å tilsette bor og karbon til β-SiC som inneholder spormengder av oksygen og sintre det under en inert atmosfære ved rundt 2000 ℃, kan man oppnå et sintret legeme med en teoretisk tetthet på 98 %. Det er to prosesser: fast fase og flytende fase. Førstnevnte har høyere tetthet og renhet, samt høy varmeledningsevne og høytemperaturstyrke.
Typiske bruksområder: Masseproduksjon av slitesterke og korrosjonsbestandige tetningsringer og glidelagre; På grunn av høy hardhet, lav spesifikk vekt og god ballistisk ytelse, er den mye brukt som skuddsikker rustning for kjøretøy og skip, samt for å beskytte sivile pengeskap og kontanttransportkjøretøy. Dens motstand mot flere treff er bedre enn vanlig SiC-keramikk, og bruddpunktet for sylindrisk lettvektsbeskyttelse kan nå over 65 tonn.
2. Reaksjonssintret SiC-keramikk (RB SiC)
Kjernefordeler: Utmerket mekanisk ytelse, høy styrke, korrosjonsbestandighet og oksidasjonsbestandighet; Lav sintringstemperatur og -kostnad, i stand til å forme til nær netto størrelse. Prosessen innebærer å blande en karbonkilde med SiC-pulver for å produsere en barre. Ved høye temperaturer infiltrerer smeltet silisium barren og reagerer med karbon for å danne β-SiC, som kombineres med den opprinnelige α-SiC og fyller porene. Størrelsesendringen under sintring er liten, noe som gjør den egnet for industriell produksjon av komplekse formede produkter.
Typiske bruksområder: Høytemperaturovnsutstyr, strålerør, varmevekslere, avsvovlingsdyser; På grunn av sin lave termiske ekspansjonskoeffisient, høye elastisitetsmodul og nesten nettformende egenskaper, har det blitt et ideelt materiale for romreflektorer; Det kan også erstatte kvartsglass som et støtteelement for elektroniske rør og utstyr til produksjon av halvlederbrikker.
3. Varmpresset sintret SiC-keramikk (HP SiC)
Kjernefordel: Synkron sintring under høy temperatur og høyt trykk, pulveret er i termoplastisk tilstand, noe som bidrar til masseoverføringsprosessen. Det kan produsere produkter med fine korn, høy tetthet og gode mekaniske egenskaper ved lavere temperaturer og på kortere tid, og kan oppnå full tetthet og nesten ren sintringstilstand.
Typisk bruk: Opprinnelig brukt som skuddsikre vester for amerikanske helikopterbesetningsmedlemmer under Vietnamkrigen, ble pansermarkedet erstattet av varmpresset borkarbid. For tiden brukes det mest i scenarier med høy verdiøkning, for eksempel felt med ekstremt høye krav til sammensetningskontroll, renhet og fortetting, samt slitesterke og kjernefysiske felt.
4. Rekrystallisert SiC-keramikk (R-SiC)
Kjernefordel: Det er ikke nødvendig å tilsette sintringshjelpemidler. Det er en vanlig metode for å fremstille SiC-komponenter med ultrahøy renhet og store deler. Prosessen innebærer å blande grove og fine SiC-pulver i proporsjon og forme dem, sintre dem i en inert atmosfære ved 2200–2450 ℃. Fine partikler fordamper og kondenserer ved kontakt mellom grove partikler for å danne keramikk, med en hardhet som bare er overgått av diamant. SiC beholder høy høytemperaturstyrke, korrosjonsbestandighet, oksidasjonsbestandighet og termisk sjokkmotstand.
Typiske bruksområder: Høytemperaturovnsmøbler, varmevekslere, forbrenningsdyser; Innen luftfart og militære felt brukes det til å produsere romfartøystrukturkomponenter som motorer, halefinner og flykropp, noe som kan forbedre utstyrets ytelse og levetid.
5. Silisiuminfiltrert SiC-keramikk (SiSiC)
Kjernefordeler: Best egnet for industriell produksjon, med kort sintringstid, lav temperatur, fullstendig tett og ikke-deformert, bestående av SiC-matrise og infiltrert Si-fase, delt inn i to prosesser: væskeinfiltrasjon og gassinfiltrasjon. Sistnevnte har høyere kostnad, men bedre tetthet og ensartethet av fritt silisium.
Typiske bruksområder: lav porøsitet, god lufttetthet og lav motstand bidrar til å eliminere statisk elektrisitet, egnet for produksjon av store, komplekse eller hule deler, mye brukt i halvlederbehandlingsutstyr; På grunn av sin høye elastisitetsmodul, lette vekt, høye styrke og utmerkede lufttetthet, er det det foretrukne høyytelsesmaterialet innen luftfartsfeltet, som tåler belastninger i romfartsmiljøer og sikrer utstyrets nøyaktighet og sikkerhet.
Publisert: 02.09.2025