Silisyum karbür (SiC) seramikleriDüşük termal genleşme katsayısı, yüksek termal iletkenlik, yüksek sertlik ve mükemmel termal ve kimyasal kararlılıkları nedeniyle yüksek sıcaklık yapısal seramikleri alanında temel malzeme haline gelmişlerdir. Havacılık, nükleer enerji, askeri ve yarı iletkenler gibi önemli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Ancak, SiC'nin son derece güçlü kovalent bağları ve düşük difüzyon katsayısı, yoğunlaştırılmasını zorlaştırmaktadır. Bu amaçla, endüstri çeşitli sinterleme teknolojileri geliştirmiştir ve farklı teknolojilerle hazırlanan SiC seramikleri, mikro yapı, özellikler ve uygulama senaryoları açısından önemli farklılıklar göstermektedir. Burada, beş ana akım silisyum karbür seramiğinin temel özelliklerinin bir analizi yer almaktadır.
1. Basınçsız sinterlenmiş SiC seramikleri (S-SiC)
Başlıca avantajları: Çoklu kalıplama işlemlerine uygun, düşük maliyetli, şekil ve boyut sınırlaması yok, seri üretim için en kolay sinterleme yöntemidir. İz miktarda oksijen içeren β-SiC'ye bor ve karbon eklenerek ve yaklaşık 2000 ℃'de inert bir atmosfer altında sinterlenerek, teorik yoğunluğu %98 olan sinterlenmiş bir gövde elde edilebilir. İki işlem vardır: katı faz ve sıvı faz. İlki daha yüksek yoğunluk ve saflığa, ayrıca yüksek ısı iletkenliğine ve yüksek sıcaklık dayanımına sahiptir.
Tipik uygulamalar: Aşınmaya ve korozyona dayanıklı sızdırmazlık halkaları ve kayar yatakların seri üretimi; Yüksek sertliği, düşük özgül ağırlığı ve iyi balistik performansı nedeniyle, araçlar ve gemiler için kurşun geçirmez zırh olarak, ayrıca sivil kasaların ve para taşıma araçlarının korunmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çoklu darbe direnci sıradan SiC seramiklerinden üstündür ve silindirik hafif koruyucu zırhın kırılma noktası 65 tonun üzerine çıkabilir.
2. Reaksiyonla sinterlenmiş SiC seramikleri (RB SiC)
Başlıca avantajları: Mükemmel mekanik performans, yüksek mukavemet, korozyon direnci ve oksidasyon direnci; düşük sinterleme sıcaklığı ve maliyeti, neredeyse nihai boyuta yakın şekillendirme yeteneği. İşlem, bir karbon kaynağının SiC tozu ile karıştırılarak bir kütük üretilmesini içerir. Yüksek sıcaklıklarda, erimiş silikon kütüğe nüfuz eder ve karbonla reaksiyona girerek β-SiC oluşturur; bu da orijinal α-SiC ile birleşerek gözenekleri doldurur. Sinterleme sırasında boyut değişimi küçüktür, bu da onu karmaşık şekilli ürünlerin endüstriyel üretimi için uygun hale getirir.
Tipik uygulamalar: Yüksek sıcaklık fırın ekipmanları, radyant tüpler, ısı eşanjörleri, kükürt giderme nozulları; Düşük termal genleşme katsayısı, yüksek elastik modülü ve neredeyse net şekillendirme özellikleri nedeniyle uzay reflektörleri için ideal bir malzeme haline gelmiştir; Ayrıca elektronik tüpler ve yarı iletken çip üretim ekipmanları için destekleyici bir parça olarak kuvars camın yerini alabilir.
3. Sıcak preslenmiş sinterlenmiş SiC seramikleri (HP SiC)
Temel avantaj: Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında senkronize sinterleme sayesinde toz, termoplastik bir halde bulunur ve bu da kütle transfer sürecine elverişlidir. Daha düşük sıcaklıklarda ve daha kısa sürede ince taneli, yüksek yoğunluklu ve iyi mekanik özelliklere sahip ürünler üretebilir ve tam yoğunluk ve neredeyse saf sinterleme durumuna ulaşabilir.
Tipik uygulama: Başlangıçta Vietnam Savaşı sırasında ABD helikopter mürettebatı için kurşun geçirmez yelek olarak kullanılan bu malzeme, zırh pazarında yerini sıcak preslenmiş bor karbüre bırakmıştır; günümüzde ise çoğunlukla bileşim kontrolü, saflık ve yoğunlaştırma açısından son derece yüksek gereksinimlere sahip alanlar, aşınmaya dayanıklı ve nükleer sanayi alanları gibi yüksek katma değerli senaryolarda kullanılmaktadır.
4. Yeniden kristalleştirilmiş SiC seramikleri (R-SiC)
Temel avantajı: Sinterleme yardımcı maddelerine gerek duyulmaması, ultra yüksek saflıkta ve büyük SiC cihazlarının hazırlanmasında yaygın bir yöntem olmasıdır. İşlem, kaba ve ince SiC tozlarının orantılı olarak karıştırılıp şekillendirilmesini ve 2200~2450 ℃'de inert bir atmosferde sinterlenmesini içerir. İnce parçacıklar buharlaşır ve kaba parçacıklar arasındaki temasta yoğunlaşarak seramik oluşturur; bu seramik, elmastan sonra ikinci en yüksek sertliğe sahiptir. SiC, yüksek sıcaklık dayanımı, korozyon direnci, oksidasyon direnci ve termal şok direnci özelliklerini korur.
Tipik uygulamalar: Yüksek sıcaklık fırın ekipmanları, ısı eşanjörleri, yanma nozulları; Havacılık ve askeri alanlarda ise motorlar, kuyruk kanatları ve gövde gibi uzay aracı yapısal bileşenlerinin üretiminde kullanılır ve ekipman performansını ve kullanım ömrünü artırabilir.
5. Silikon emdirilmiş SiC seramikleri (SiSiC)
Başlıca avantajları: Endüstriyel üretim için en uygun olanıdır; kısa sinterleme süresi, düşük sıcaklık, tamamen yoğun ve deforme olmayan yapı, SiC matrisi ve sızdırılmış Si fazından oluşur; sıvı infiltrasyon ve gaz infiltrasyon olmak üzere iki işleme ayrılır. İkinci yöntem daha yüksek maliyetlidir ancak serbest silikonun yoğunluğu ve homojenliği daha iyidir.
Tipik uygulamalar: Düşük gözeneklilik, iyi hava geçirmezlik ve düşük direnç, statik elektriği ortadan kaldırmaya elverişlidir; büyük, karmaşık veya içi boş parçaların üretimi için uygundur; yarı iletken işleme ekipmanlarında yaygın olarak kullanılır; yüksek elastik modülü, hafifliği, yüksek mukavemeti ve mükemmel hava geçirmezliği nedeniyle, uzay ortamındaki yüklere dayanabilen ve ekipman doğruluğunu ve güvenliğini sağlayabilen, havacılık alanında tercih edilen yüksek performanslı bir malzemedir.
Yayın tarihi: 02 Eylül 2025