เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)ได้กลายเป็นวัสดุหลักในอุตสาหกรรมเซรามิกโครงสร้างที่ทนอุณหภูมิสูง เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ มีค่าการนำความร้อนสูง มีความแข็งสูง และมีเสถียรภาพทางความร้อนและสารเคมีที่ดีเยี่ยม เซรามิกเหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสาขาสำคัญๆ เช่น การบินและอวกาศ พลังงานนิวเคลียร์ การทหาร และเซมิคอนดักเตอร์
อย่างไรก็ตาม พันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งอย่างยิ่งและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ต่ำของ SiC ทำให้การเพิ่มความหนาแน่นทำได้ยาก ด้วยเหตุนี้ อุตสาหกรรมจึงได้พัฒนาเทคโนโลยีการเผาผนึกที่หลากหลาย และเซรามิก SiC ที่เตรียมด้วยเทคโนโลยีที่แตกต่างกันมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทั้งในด้านโครงสร้างจุลภาค คุณสมบัติ และสถานการณ์การใช้งาน ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์ลักษณะสำคัญของเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์หลักห้าชนิด
1. เซรามิก SiC เผาแบบไม่ใช้แรงดัน (S-SiC)
ข้อดีหลัก: เหมาะสำหรับกระบวนการขึ้นรูปหลายรูปแบบ ต้นทุนต่ำ ไม่จำกัดรูปร่างและขนาด จึงเป็นวิธีการเผาผนึกที่ง่ายที่สุดในการผลิตจำนวนมาก โดยการเติมโบรอนและคาร์บอนลงใน β – SiC ที่มีออกซิเจนปริมาณเล็กน้อย แล้วเผาผนึกภายใต้บรรยากาศเฉื่อยที่อุณหภูมิประมาณ 2000 องศาเซลเซียส จะได้วัตถุเผาผนึกที่มีความหนาแน่นตามทฤษฎี 98% มีสองกระบวนการ ได้แก่ เฟสของแข็งและเฟสของเหลว เฟสของแข็งมีความหนาแน่นและความบริสุทธิ์สูงกว่า รวมถึงมีค่าการนำความร้อนสูงและความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง
การใช้งานทั่วไป: การผลิตวงแหวนซีลและตลับลูกปืนเลื่อนที่ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนในปริมาณมาก ด้วยความแข็งสูง ความถ่วงจำเพาะต่ำ และประสิทธิภาพการต้านทานกระสุนที่ดี จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเป็นเกราะกันกระสุนสำหรับยานพาหนะและเรือ รวมถึงการปกป้องตู้เซฟพลเรือนและยานพาหนะขนส่งเงินสด ความต้านทานการกระแทกหลายครั้งของเกราะนี้เหนือกว่าเซรามิก SiC ทั่วไป และจุดแตกหักของเกราะป้องกันทรงกระบอกน้ำหนักเบาสามารถสูงถึง 65 ตัน
2. เซรามิก SiC เผาปฏิกิริยา (RB SiC)
ข้อดีหลัก: ประสิทธิภาพเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการกัดกร่อน และทนต่อการเกิดออกซิเดชัน อุณหภูมิและต้นทุนการเผาต่ำ สามารถขึ้นรูปได้ขนาดใกล้เคียงกับขนาดสุทธิ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการผสมแหล่งคาร์บอนกับผงซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เพื่อผลิตแท่งโลหะ ที่อุณหภูมิสูง ซิลิคอนหลอมเหลวจะแทรกซึมเข้าไปในแท่งโลหะและทำปฏิกิริยากับคาร์บอนจนเกิดเป็น β – SiC ซึ่งจะรวมตัวกับ α – SiC เดิมและเติมเต็มรูพรุน การเปลี่ยนแปลงขนาดระหว่างการเผามีน้อย จึงเหมาะสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อนในอุตสาหกรรม
การใช้งานทั่วไป: อุปกรณ์เตาเผาอุณหภูมิสูง ท่อแผ่รังสี เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หัวฉีดกำจัดซัลเฟอร์ เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ โมดูลัสยืดหยุ่นสูง และลักษณะการขึ้นรูปใกล้ตาข่าย จึงทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับตัวสะท้อนแสงในอวกาศ นอกจากนี้ยังสามารถใช้แทนแก้วควอตซ์เป็นอุปกรณ์รองรับสำหรับหลอดอิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์การผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ได้อีกด้วย
3. เซรามิก SiC เผาแบบกดร้อน (HP SiC)
ข้อได้เปรียบหลัก: การเผาแบบซิงโครนัสภายใต้อุณหภูมิสูงและความดันสูง ทำให้ผงอยู่ในสถานะเทอร์โมพลาสติก ซึ่งเอื้อต่อกระบวนการถ่ายโอนมวล สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีเม็ดละเอียด ความหนาแน่นสูง และคุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่อุณหภูมิต่ำกว่าและใช้เวลาสั้นลง อีกทั้งยังสามารถบรรลุความหนาแน่นสมบูรณ์และสถานะการเผาที่ใกล้เคียงกับบริสุทธิ์
การใช้งานทั่วไป: เดิมใช้เป็นเสื้อเกราะกันกระสุนสำหรับลูกเรือเฮลิคอปเตอร์ของสหรัฐฯ ในช่วงสงครามเวียดนาม ตลาดเกราะถูกแทนที่ด้วยโบรอนคาร์ไบด์อัดร้อน ปัจจุบัน ส่วนใหญ่ใช้ในสถานการณ์ที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เช่น สาขาที่มีข้อกำหนดสูงมากสำหรับการควบคุมองค์ประกอบ ความบริสุทธิ์ และการเพิ่มความหนาแน่น ตลอดจนสาขาอุตสาหกรรมที่ทนทานต่อการสึกหรอและอุตสาหกรรมนิวเคลียร์
4. เซรามิก SiC ที่ตกผลึกใหม่ (R-SiC)
ข้อดีหลัก: ไม่จำเป็นต้องเติมสารช่วยเผา เป็นวิธีทั่วไปในการเตรียมอุปกรณ์ SiC ที่มีความบริสุทธิ์สูงและขนาดใหญ่ กระบวนการนี้ประกอบด้วยการผสมผง SiC หยาบและละเอียดในสัดส่วนที่เหมาะสม แล้วขึ้นรูปด้วยการเผาในบรรยากาศเฉื่อยที่อุณหภูมิ 2200-2450 องศาเซลเซียส อนุภาคละเอียดจะระเหยและควบแน่นที่จุดสัมผัสระหว่างอนุภาคหยาบ กลายเป็นเซรามิกที่มีความแข็งเป็นรองเพียงเพชร SiC ยังคงรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน ทนต่อการเกิดออกซิเดชัน และทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้สูง
การใช้งานทั่วไป: เฟอร์นิเจอร์เตาเผาอุณหภูมิสูง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หัวฉีดการเผาไหม้ ในด้านอวกาศและการทหาร ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างของยานอวกาศ เช่น เครื่องยนต์ ครีบหาง และลำตัวเครื่องบิน ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และอายุการใช้งานได้
5. เซรามิก SiC ที่มีการแทรกซึมของซิลิกอน (SiSiC)
ข้อดีหลัก: เหมาะที่สุดสำหรับการผลิตเชิงอุตสาหกรรม ด้วยระยะเวลาการเผาที่สั้น อุณหภูมิต่ำ ความหนาแน่นสูง และไม่เสียรูป ประกอบด้วยเมทริกซ์ SiC และเฟส Si ที่ถูกแทรกซึม แบ่งออกเป็นสองกระบวนการ ได้แก่ การแทรกซึมของเหลวและการแทรกซึมก๊าซ กระบวนการหลังมีต้นทุนสูงกว่า แต่มีความหนาแน่นและความสม่ำเสมอของซิลิคอนอิสระที่ดีกว่า
การใช้งานทั่วไป: ความพรุนต่ำ ความหนาแน่นของอากาศที่ดี และความต้านทานต่ำ เอื้อต่อการกำจัดไฟฟ้าสถิต เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนหรือเป็นโพรง ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์แปรรูปเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากมีโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และความหนาแน่นของอากาศที่ยอดเยี่ยม จึงเป็นวัสดุประสิทธิภาพสูงที่ได้รับความนิยมในสาขาการบินและอวกาศ ซึ่งสามารถทนต่อภาระในสภาพแวดล้อมอวกาศและรับรองความแม่นยำและความปลอดภัยของอุปกรณ์
เวลาโพสต์: 02-09-2025