Keramika z karbidu kremíka (SiC)sa stali hlavným materiálom v oblasti vysokoteplotnej konštrukčnej keramiky vďaka svojmu nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti, vysokej tepelnej vodivosti, vysokej tvrdosti a vynikajúcej tepelnej a chemickej stabilite. Nachádzajú široké využitie v kľúčových oblastiach, ako je letecký priemysel, jadrová energia, armáda a polovodiče.
Extrémne silné kovalentné väzby a nízky difúzny koeficient SiC však sťažujú jeho zhutňovanie. Z tohto dôvodu priemysel vyvinul rôzne technológie spekania a SiC keramika pripravená rôznymi technológiami sa výrazne líši v mikroštruktúre, vlastnostiach a aplikačných scenároch. Tu je analýza základných charakteristík piatich hlavných typov karbidu kremíka ako keramiky.
1. Beztlakovo spekaná SiC keramika (S-SiC)
Hlavné výhody: Vhodné pre viacero procesov formovania, nízke náklady, nie je obmedzené tvarom a veľkosťou, je to najjednoduchšia metóda spekania na dosiahnutie hromadnej výroby. Pridaním bóru a uhlíka k β-SiC obsahujúcemu stopové množstvá kyslíka a jeho spekaním v inertnej atmosfére pri teplote okolo 2000 ℃ je možné získať spekané teleso s teoretickou hustotou 98 %. Existujú dva procesy: v tuhej fáze a v kvapalnej fáze. Prvá z nich má vyššiu hustotu a čistotu, ako aj vysokú tepelnú vodivosť a pevnosť pri vysokých teplotách.
Typické aplikácie: Hromadná výroba tesniacich krúžkov a klzných ložísk odolných voči opotrebovaniu a korózii; Vďaka vysokej tvrdosti, nízkej špecifickej hmotnosti a dobrým balistickým vlastnostiam sa široko používa ako nepriestrelný pancier pre vozidlá a lode, ako aj na ochranu civilných trezorov a vozidiel na prepravu hotovosti. Jeho odolnosť voči viacnásobnému zásahu je lepšia ako u bežnej SiC keramiky a bod lomu valcového ľahkého ochranného panciera môže dosiahnuť viac ako 65 ton.
2. Reakčne spekaná SiC keramika (RB SiC)
Hlavné výhody: Vynikajúci mechanický výkon, vysoká pevnosť, odolnosť proti korózii a oxidácii; Nízka teplota spekania a náklady, schopnosť tvarovať takmer požadovanú veľkosť. Proces zahŕňa zmiešanie zdroja uhlíka s práškom SiC za vzniku predvalka. Pri vysokých teplotách roztavený kremík infiltruje predvalok a reaguje s uhlíkom za vzniku β-SiC, ktorý sa spája s pôvodným α-SiC a vypĺňa póry. Zmena veľkosti počas spekania je malá, vďaka čomu je vhodný na priemyselnú výrobu zložitých tvarovaných výrobkov.
Typické aplikácie: Vysokoteplotné pece, sálavé trubice, výmenníky tepla, odsirovacie trysky; Vďaka nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti, vysokému modulu pružnosti a takmer čistým vlastnostiam sa stal ideálnym materiálom pre priestorové reflektory; Môže tiež nahradiť kremenné sklo ako nosný prvok pre elektronické trubice a zariadenia na výrobu polovodičových čipov.
3. Za tepla lisovaná spekaná SiC keramika (HP SiC)
Hlavná výhoda: Synchrónne spekanie za vysokej teploty a vysokého tlaku, prášok je v termoplastickom stave, čo prispieva k procesu prenosu hmoty. Dokáže vyrobiť produkty s jemnými zrnami, vysokou hustotou a dobrými mechanickými vlastnosťami pri nižších teplotách a v kratšom čase a môže dosiahnuť úplnú hustotu a takmer čistý spekaný stav.
Typické použitie: Pôvodne sa používal ako nepriestrelné vesty pre členov posádok amerických vrtuľníkov počas vojny vo Vietname, ale trh s panciermi bol nahradený za tepla lisovaným karbidom bóru; V súčasnosti sa používa najmä v oblastiach s vysokou pridanou hodnotou, ako sú oblasti s extrémne vysokými požiadavkami na kontrolu zloženia, čistotu a zhutňovanie, ako aj oblasti odolnosti voči opotrebeniu a jadrového priemyslu.
4. Rekryštalizovaná SiC keramika (R-SiC)
Hlavná výhoda: Nie je potrebné pridávať spekacie prísady, je to bežná metóda na prípravu ultra čistých a veľkých zariadení SiC. Proces zahŕňa zmiešanie hrubých a jemných práškov SiC v príslušnom pomere a ich tvarovanie, spekanie v inertnej atmosfére pri teplote 2200 až 2450 ℃. Jemné častice sa odparujú a kondenzujú na kontakte medzi hrubými časticami za vzniku keramiky s tvrdosťou druhou po diamante. SiC si zachováva vysokú pevnosť pri vysokých teplotách, odolnosť voči korózii, oxidácii a tepelným šokom.
Typické aplikácie: Nábytok pre vysokoteplotné pece, výmenníky tepla, spaľovacie trysky; V leteckom a vojenskom priemysle sa používa na výrobu konštrukčných komponentov kozmických lodí, ako sú motory, chvostové plutvy a trup, čo môže zlepšiť výkon a životnosť zariadení.
5. SiC keramika infiltrovaná kremíkom (SiSiC)
Hlavné výhody: Najvhodnejšie pre priemyselnú výrobu, s krátkym časom spekania, nízkou teplotou, plne husté a nedeformované, zložené z matrice SiC a infiltrovanej fázy Si, rozdelené do dvoch procesov: infiltrácia kvapaliny a infiltrácia plynu. Druhý uvedený má vyššie náklady, ale lepšiu hustotu a rovnomernosť voľného kremíka.
Typické aplikácie: nízka pórovitosť, dobrá vzduchotesnosť a nízky odpor prispievajú k eliminácii statickej elektriny, vhodné na výrobu veľkých, zložitých alebo dutých dielov, široko používané v zariadeniach na spracovanie polovodičov; Vďaka vysokému modulu pružnosti, nízkej hmotnosti, vysokej pevnosti a vynikajúcej vzduchotesnosti je preferovaným vysokovýkonným materiálom v leteckom priemysle, ktorý dokáže odolať zaťaženiu vo vesmírnom prostredí a zabezpečiť presnosť a bezpečnosť zariadení.
Čas uverejnenia: 2. septembra 2025