Keramika iz silicijevega karbida (SiC)Zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja, visoke toplotne prevodnosti, visoke trdote ter odlične toplotne in kemične stabilnosti so postali osrednji material na področju visokotemperaturne strukturne keramike. Široko se uporabljajo na ključnih področjih, kot so vesoljska industrija, jedrska energija, vojska in polprevodniki.
Vendar pa izjemno močne kovalentne vezi in nizek difuzijski koeficient SiC otežujejo njegovo zgoščevanje. V ta namen je industrija razvila različne tehnologije sintranja, SiC keramika, pripravljena z različnimi tehnologijami, pa se bistveno razlikuje v mikrostrukturi, lastnostih in scenarijih uporabe. Tukaj je analiza ključnih značilnosti petih glavnih vrst silicijevega karbidnega keramike.
1. SiC keramika, sintrana brez tlaka (S-SiC)
Glavne prednosti: Primeren za več postopkov oblikovanja, nizki stroški, ni omejen glede oblike in velikosti, je najlažja metoda sintranja za doseganje masovne proizvodnje. Z dodajanjem bora in ogljika β-SiC, ki vsebuje sledove kisika, in sintranjem v inertni atmosferi pri temperaturi okoli 2000 ℃ lahko dobimo sintrano telo s teoretično gostoto 98 %. Obstajata dva postopka: trdna faza in tekoča faza. Prva ima večjo gostoto in čistost ter visoko toplotno prevodnost in trdnost pri visokih temperaturah.
Tipične uporabe: Masovna proizvodnja tesnilnih obročev in drsnih ležajev, odpornih proti obrabi in koroziji; Zaradi visoke trdote, nizke specifične teže in dobrih balističnih lastnosti se pogosto uporablja kot neprebojni oklep za vozila in ladje, pa tudi za zaščito civilnih sefov in vozil za prevoz denarja. Njegova odpornost na večkratne udarce je boljša od običajne SiC keramike, točka loma valjastega lahkega zaščitnega oklepa pa lahko doseže več kot 65 ton.
2. Reakcijsko sintrana SiC keramika (RB SiC)
Glavne prednosti: Odlične mehanske lastnosti, visoka trdnost, odpornost proti koroziji in oksidaciji; Nizka temperatura in stroški sintranja, možnost oblikovanja skoraj neto velikosti. Postopek vključuje mešanje vira ogljika s prahom SiC za izdelavo gredice. Pri visokih temperaturah staljeni silicij infiltrira gredico in reagira z ogljikom, da tvori β-SiC, ki se združi z originalnim α-SiC in zapolni pore. Sprememba velikosti med sintranjem je majhna, zaradi česar je primerna za industrijsko proizvodnjo izdelkov kompleksnih oblik.
Tipične uporabe: oprema za visokotemperaturne peči, sevalne cevi, toplotni izmenjevalniki, šobe za razžveplanje; Zaradi nizkega koeficienta toplotnega raztezanja, visokega elastičnega modula in skoraj neto oblikovanih lastnosti je postal idealen material za vesoljske reflektorje; Lahko nadomesti tudi kremenovo steklo kot podporni element za elektronske cevi in opremo za proizvodnjo polprevodniških čipov.
3. Vroče stisnjena sintrana SiC keramika (HP SiC)
Glavna prednost: Sinhrono sintranje pri visoki temperaturi in visokem tlaku omogoča, da je prah v termoplastičnem stanju, kar omogoča prenos mase. Pri nižjih temperaturah in v krajšem času lahko proizvede izdelke z drobnimi zrni, visoko gostoto in dobrimi mehanskimi lastnostmi, pri čemer doseže popolno gostoto in skoraj čisto sintrano stanje.
Tipična uporaba: Prvotno so ga med vietnamsko vojno uporabljali kot neprebojne jopiče za člane posadke ameriških helikopterjev, trg oklepov pa je nadomestil vroče stiskani borov karbid; trenutno se večinoma uporablja v scenarijih z visoko dodano vrednostjo, kot so področja z izjemno visokimi zahtevami glede nadzora sestave, čistosti in zgoščevanja, pa tudi področja odpornosti proti obrabi in jedrske industrije.
4. Rekristalizirana SiC keramika (R-SiC)
Glavna prednost: Ni treba dodajati dodatkov za sintranje, je običajna metoda za pripravo ultra čistih in velikih naprav iz SiC. Postopek vključuje mešanje grobih in finih praškov SiC v sorazmerju in njihovo oblikovanje, sintranje v inertni atmosferi pri 2200~2450 ℃. Drobni delci izhlapevajo in kondenzirajo na stiku med grobimi delci, da tvorijo keramiko, s trdoto, ki je druga najbolj trda kot diamant. SiC ohranja visoko trdnost pri visokih temperaturah, odpornost proti koroziji, odpornost proti oksidaciji in odpornost proti toplotnim udarcem.
Tipične uporabe: pohištvo za visokotemperaturne peči, toplotni izmenjevalniki, šobe za zgorevanje; V vesoljski in vojaški industriji se uporablja za izdelavo strukturnih komponent vesoljskih plovil, kot so motorji, repne plavuti in trup, kar lahko izboljša delovanje opreme in njeno življenjsko dobo.
5. SiC keramika, infiltrirana s silicijem (SiSiC)
Ključne prednosti: Najbolj primeren za industrijsko proizvodnjo, s kratkim časom sintranja, nizko temperaturo, popolnoma gost in nedeformiran, sestavljen iz SiC matrike in infiltrirane Si faze, razdeljen na dva postopka: infiltracija tekočine in infiltracija plina. Slednji ima višje stroške, vendar boljšo gostoto in enakomernost prostega silicija.
Tipične uporabe: nizka poroznost, dobra zrakotesnost in nizka upornost prispevajo k odpravljanju statične elektrike, primerni so za izdelavo velikih, kompleksnih ali votlih delov, pogosto se uporabljajo v opremi za obdelavo polprevodnikov; Zaradi visokega modula elastičnosti, lahke teže, visoke trdnosti in odlične zrakotesnosti je najprimernejši visokozmogljiv material na področju vesoljske industrije, ki lahko prenese obremenitve v vesoljskih okoljih in zagotavlja natančnost in varnost opreme.
Čas objave: 2. september 2025