Kiselkarbid (SiC) keramikhar blivit kärnmaterialet inom högtemperaturkeramik på grund av deras låga värmeutvidgningskoefficient, höga värmeledningsförmåga, höga hårdhet och utmärkta termiska och kemiska stabilitet. De används ofta inom viktiga områden som flyg- och rymdteknik, kärnenergi, militär teknik och halvledare.
De extremt starka kovalenta bindningarna och den låga diffusionskoefficienten hos SiC gör det dock svårt att förtäta det. För detta ändamål har industrin utvecklat olika sintringstekniker, och SiC-keramik som framställts med olika tekniker har betydande skillnader i mikrostruktur, egenskaper och tillämpningsscenarier. Här är en analys av kärnegenskaperna hos fem vanliga kiselkarbidkeramiktyper.
1. Icke-trycksintrad SiC-keramik (S-SiC)
Kärnfördelar: Lämplig för flera gjutningsprocesser, låg kostnad, inte begränsad av form och storlek, det är den enklaste sintringsmetoden för att uppnå massproduktion. Genom att tillsätta bor och kol till β-SiC som innehåller spårmängder av syre och sintra det under en inert atmosfär vid cirka 2000 ℃ kan en sintrad kropp med en teoretisk densitet på 98 % erhållas. Det finns två processer: fast fas och flytande fas. Den förra har högre densitet och renhet, samt hög värmeledningsförmåga och högtemperaturhållfasthet.
Typiska tillämpningar: Massproduktion av slitstarka och korrosionsbeständiga tätningsringar och glidlager; På grund av sin höga hårdhet, låga specifika vikt och goda ballistiska prestanda används den ofta som skottsäkert pansar för fordon och fartyg, samt för att skydda civila kassaskåp och kontanttransportfordon. Dess motståndskraft mot flera träffar är överlägsen vanlig SiC-keramik, och brottpunkten för cylindriskt lättviktsskyddande pansar kan nå över 65 ton.
2. Reaktionssintrad SiC-keramik (RB SiC)
Kärnfördelar: Utmärkt mekanisk prestanda, hög hållfasthet, korrosionsbeständighet och oxidationsbeständighet; Låg sintringstemperatur och kostnad, kan formas nära nettostorlek. Processen innebär att en kolkälla blandas med SiC-pulver för att producera ett ämne. Vid höga temperaturer infiltrerar smält kisel ämnet och reagerar med kol för att bilda β-SiC, som kombineras med det ursprungliga α-SiC och fyller porerna. Storleksförändringen under sintringen är liten, vilket gör den lämplig för industriell produktion av komplext formade produkter.
Typiska tillämpningar: Utrustning för högtemperaturugnar, strålningsrör, värmeväxlare, avsvavlingsmunstycken; På grund av dess låga värmeutvidgningskoefficient, höga elasticitetsmodul och nära nettoformningsegenskaper har det blivit ett idealiskt material för rymdreflektorer; Det kan också ersätta kvartsglas som stödjande fixtur för elektroniska rör och tillverkningsutrustning för halvledarchip.
3. Varmpressad sintrad SiC-keramik (HP SiC)
Kärnfördel: Synkron sintring under hög temperatur och högt tryck, pulvret är i termoplastiskt tillstånd, vilket bidrar till massöverföringsprocessen. Det kan producera produkter med fina korn, hög densitet och goda mekaniska egenskaper vid lägre temperaturer och på kortare tid, och kan uppnå fullständig densitet och nästan rent sintringstillstånd.
Typisk tillämpning: Ursprungligen användes den som skottsäkra västar för amerikanska helikopterbesättningsmedlemmar under Vietnamkriget, men ersattes av varmpressad borkarbid på pansarmarknaden. För närvarande används den främst i scenarier med högt mervärde, såsom områden med extremt höga krav på sammansättningskontroll, renhet och förtätning, samt inom slitstyrka och kärnkraftsindustrin.
4. Omkristalliserad SiC-keramik (R-SiC)
Kärnfördel: Inget behov av att tillsätta sintringshjälpmedel, det är en vanlig metod för att framställa stora SiC-komponenter med ultrahög renhet. Processen innebär att grova och fina SiC-pulver blandas i proportion och formas, sintras i en inert atmosfär vid 2200~2450 ℃. Fina partiklar avdunstar och kondenserar vid kontakten mellan grova partiklar för att bilda keramik, med en hårdhet som endast diamant överträffar. SiC bibehåller hög högtemperaturhållfasthet, korrosionsbeständighet, oxidationsbeständighet och termisk chockbeständighet.
Typiska tillämpningar: Högtemperaturugnsmöbler, värmeväxlare, förbränningsmunstycken; Inom flyg- och militärområdet används det för att tillverka rymdfarkosters strukturkomponenter som motorer, stjärtfenor och flygkropp, vilket kan förbättra utrustningens prestanda och livslängd.
5. Kiselinfiltrerad SiC-keramik (SiSiC)
Kärnfördelar: Mest lämplig för industriell produktion, med kort sintringstid, låg temperatur, helt tät och icke-deformerad, bestående av SiC-matris och infiltrerad Si-fas, uppdelad i två processer: vätskeinfiltration och gasinfiltration. Den senare har högre kostnad men bättre densitet och enhetlighet av fritt kisel.
Typiska tillämpningar: låg porositet, god lufttäthet och låg resistans bidrar till att eliminera statisk elektricitet, lämplig för produktion av stora, komplexa eller ihåliga delar, används ofta i halvledarbehandlingsutrustning; På grund av sin höga elasticitetsmodul, lätta vikt, höga hållfasthet och utmärkta lufttäthet är det det föredragna högpresterande materialet inom flyg- och rymdområdet, vilket kan motstå belastningar i rymdmiljöer och säkerställa utrustningens noggrannhet och säkerhet.
Publiceringstid: 2 september 2025