Кераміка з карбіду кремнію (SiC)стали основним матеріалом у галузі високотемпературної конструкційної кераміки завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення, високій теплопровідності, високій твердості та чудовій термічній та хімічній стабільності. Вони широко використовуються в таких ключових галузях, як аерокосмічна промисловість, ядерна енергетика, військова справа та напівпровідники.
Однак надзвичайно міцні ковалентні зв'язки та низький коефіцієнт дифузії SiC ускладнюють його ущільнення. З цією метою промисловість розробила різні технології спікання, і кераміка SiC, виготовлена за різними технологіями, має суттєві відмінності в мікроструктурі, властивостях та сценаріях застосування. Нижче наведено аналіз основних характеристик п'яти основних видів карбідокремнієвої кераміки.
1. Кераміка SiC, спечена без тиску (S-SiC)
Основні переваги: підходить для кількох процесів лиття, низька вартість, не обмежений формою та розміром, це найпростіший метод спікання для досягнення масового виробництва. Додаючи бор та вуглець до β-SiC, що містить слідові кількості кисню, та спікаючи його в інертній атмосфері при температурі близько 2000 ℃, можна отримати спечене тіло з теоретичною щільністю 98%. Існує два процеси: твердофазний та рідкофазний. Перший має вищу щільність та чистоту, а також високу теплопровідність та міцність за високих температур.
Типове застосування: Масове виробництво зносостійких та корозійностійких ущільнювальних кілець та підшипників ковзання; Завдяки високій твердості, низькій питомій вазі та хорошим балістичним характеристикам широко використовується як куленепробивна броня для транспортних засобів та суден, а також для захисту цивільних сейфів та транспортних засобів для перевезення готівки. Його стійкість до багаторазових ударів перевершує звичайну SiC-кераміку, а точка руйнування циліндричної легкої захисної броні може сягати понад 65 тонн.
2. Реакційно спечена SiC-кераміка (RB SiC)
Основні переваги: Відмінні механічні характеристики, висока міцність, стійкість до корозії та окислення; Низька температура спікання та вартість, здатність формувати заготовки майже до розміру чистого матеріалу. Процес включає змішування джерела вуглецю з порошком SiC для отримання заготовки. За високих температур розплавлений кремній проникає в заготовку та реагує з вуглецем, утворюючи β-SiC, який з'єднується з вихідним α-SiC та заповнює пори. Зміна розміру під час спікання невелика, що робить його придатним для промислового виробництва виробів складної форми.
Типове застосування: обладнання для високотемпературних печей, радіаційні трубки, теплообмінники, сопла для десульфуризації; завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення, високому модулю пружності та характеристикам майже сітчастого формування, він став ідеальним матеріалом для космічних відбивачів; він також може замінити кварцове скло як опорний елемент для електронних ламп та обладнання для виробництва напівпровідникових мікросхем.
3. Гарячепресована спечена кераміка SiC (HP SiC)
Основна перевага: Синхронне спікання за високої температури та високого тиску дозволяє порошку перебувати в термопластичному стані, що сприяє процесу масопереносу. Це дозволяє виготовляти вироби з дрібним зерном, високою щільністю та хорошими механічними властивостями за нижчих температур та за коротший час, а також досягати повної щільності та стану, близького до чистого спікання.
Типове застосування: Спочатку використовувався як бронежилети для членів екіпажів американських вертольотів під час війни у В'єтнамі, ринок броні був замінений гарячепресованим карбідом бору; Наразі він здебільшого використовується у сценаріях з високою доданою вартістю, таких як галузі з надзвичайно високими вимогами до контролю складу, чистоти та ущільнення, а також у зносостійкій та ядерній промисловості.
4. Рекристалізована кераміка SiC (R-SiC)
Основна перевага: Немає потреби додавати спікаючі добавки, це поширений метод для виготовлення надвисокочистих та великих пристроїв з карбіду кремнію (SiC). Процес включає змішування грубих та дрібних порошків SiC у пропорціях та їх формування, спікання в інертній атмосфері при температурі 2200~2450 ℃. Дрібні частинки випаровуються та конденсуються на контакті між грубими частинками, утворюючи кераміку, твердість якої поступається лише алмазу. SiC зберігає високу міцність за високих температур, корозійну стійкість, стійкість до окислення та термостійкість.
Типове застосування: меблі для високотемпературних печей, теплообмінники, сопла згоряння; в аерокосмічній та військовій галузях використовується для виготовлення конструкційних компонентів космічних апаратів, таких як двигуни, хвостові стабілізатори та фюзеляж, що може покращити продуктивність обладнання та термін служби.
5. Кераміка SiC з інфільтрацією кремнію (SiSiC)
Основні переваги: Найбільш придатний для промислового виробництва, з коротким часом спікання, низькою температурою, повністю щільний та недеформований, складається з матриці SiC та інфільтрованої фази Si, розділений на два процеси: інфільтрація рідиною та інфільтрація газом. Останній має вищу вартість, але кращу щільність та однорідність вільного кремнію.
Типові застосування: низька пористість, добра герметичність та низький опір сприяють усуненню статичної електрики, придатні для виготовлення великих, складних або порожнистих деталей, широко використовуються в обладнанні для обробки напівпровідників; Завдяки високому модулю пружності, легкій вазі, високій міцності та чудовій герметичності, це кращий високопродуктивний матеріал в аерокосмічній галузі, який може витримувати навантаження в космічних середовищах та забезпечувати точність і безпеку обладнання.
Час публікації: 02 вересня 2025 р.