فرآیند تهیه سرامیک SiC

سرامیک کاربید سیلیکوناز جمله پرکاربردترین مواد در سرامیک های سازه ای هستند. سرامیک های کاربید سیلیکون به دلیل انبساط حرارتی نسبتا کم، استحکام ویژه بالا، رسانایی و سختی حرارتی بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی و مهمتر از همه، توانایی آنها در حفظ عملکرد خوب حتی در دماهای بالای 1650 درجه سانتیگراد، به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شود.

روش های متداول تف جوشی برای سرامیک های کاربید سیلیکون عبارتند از: تف جوشی بدون فشار، تف جوشی واکنشی و تف جوشی با تبلور مجدد.

1. SiC متخلخل با واکنش (RBSiC)

تف جوشی واکنشی شامل مخلوط کردن یک منبع کربن با پودر کاربید سیلیکون، تشکیل یک فشرده، و سپس اجازه دادن به سیلیسیم مایع برای نفوذ در فشرده در دمای بالا و واکنش با کربن برای تشکیل β-SiC، و دستیابی به چگالی است. انقباض نزدیک به صفر را نشان می دهد و برای قطعات بزرگ و پیچیده مناسب است. همچنین دارای دمای پخت پایین و هزینه کم است، اما سیلیکون رایگان می تواند عملکرد دمای بالا را کاهش دهد.

SiC متخلخل با واکنش یک سرامیک ساختاری بسیار جذاب با خواص مکانیکی عالی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون است. علاوه بر این، دمای تف جوشی پایین، هزینه تف جوشی کم و شکل دهی به شکل نزدیک به شبکه را دارد.

فرآیند پخت واکنش ساده است. این شامل مخلوط کردن یک منبع کربن و پودر SiC برای تهیه یک بدنه سبز رنگ است، سپس تحت نیروی مویرگی در دمای بالا، سیلیکون مذاب را به بدنه سبز متخلخل نفوذ می کند. این سیلیکون مذاب با منبع کربن داخل بدنه سبز واکنش نشان می دهد و فاز β-SiC را تشکیل می دهد که به طور همزمان با α-SiC اصلی پیوند محکم می کند. منافذ باقیمانده با سیلیکون مذاب پر می‌شوند، بنابراین متراکم شدن مواد سرامیکی حاصل می‌شود. در حین پخت، اندازه کاهش می یابد و به شکل شبکه نزدیک می شود و امکان ساخت اشکال پیچیده در صورت نیاز را فراهم می کند. از این رو در تولید صنعتی انواع محصولات سرامیکی کاربرد فراوانی دارد.

از نظر کاربرد، مواد مبلمان کوره با دمای بالا، لوله‌های تابشی، مبدل‌های حرارتی و نازل‌های گوگردزدایی از کاربردهای معمولی سرامیک‌های کاربید سیلیکون پخته شده با واکنش هستند. علاوه بر این، به دلیل ضریب انبساط حرارتی کم کاربید سیلیکون، مدول الاستیک بالا، و ویژگی های شکل دهی نزدیک به شبکه، کاربید سیلیکون پخته شده در واکنش نیز یک ماده ایده آل برای آینه های فضایی است. علاوه بر این، با افزایش اندازه ویفر و دمای عملیات حرارتی، کاربید سیلیکون پخته شده با واکنش به تدریج جایگزین شیشه کوارتز می شود. اجزای کاربید سیلیکون با خلوص بالا (SiC) حاوی فاز سیلیکون جزئی را می توان با استفاده از پودر کاربید سیلیکون با خلوص بالا و سیلیکون با خلوص بالا تولید کرد. این قطعات به طور گسترده در اتصالات پشتیبانی برای تجهیزات تولید ویفر لوله الکترونی و نیمه هادی استفاده می شود.

2. SiC بدون فشار (SSiC)

تف جوشی بدون فشار به فاز جامد و فاز مایع تقسیم می شود: تف جوشی فاز جامد، با افزودن مواد افزودنی B/C، چگالی انتشار فاز جامد را در دماهای بالا به دست می آورد و در نتیجه عملکرد خوب در دمای بالا اما درشت شدن دانه ها را به همراه دارد. تف جوشی فاز مایع از افزودنی هایی مانند Al2O3-Y2O3 برای تشکیل فاز مایع استفاده می کند که باعث کاهش دما و در نتیجه دانه های ریزتر و چقرمگی بالاتر می شود. این فناوری کم هزینه است، اشکال مختلف را امکان پذیر می کند و برای اجزای ساختاری دقیق مانند حلقه های آب بندی، بلبرینگ ها و زره های ضد گلوله مناسب است.

تف جوشی بدون فشار به عنوان امیدوارکننده ترین روش پخت برای SiC در نظر گرفته می شود. این روش با فرآیندهای مختلف شکل دهی سازگار است، هزینه تولید کمتری دارد، از نظر شکل و اندازه محدود نمی شود و رایج ترین و ساده ترین روش پخت برای تولید انبوه است.

تف جوشی بدون فشار شامل افزودن بور و کربن به β-SiC حاوی مقادیر کمی از اکسیژن و تف جوشی در حدود 2000 درجه سانتیگراد در یک اتمسفر بی اثر برای به دست آوردن یک بدنه متخلخل کاربید سیلیکون با چگالی تئوری 98٪ است. این روش به طور کلی دو رویکرد دارد: تف جوشی حالت جامد و تف جوشی در حالت مایع. کاربید سیلیکون متخلخل حالت جامد بدون فشار، چگالی و خلوص بالایی از خود نشان می‌دهد، و به ویژه، دارای رسانایی حرارتی بالا و استحکام عالی در دمای بالا است، که پردازش آن را در دستگاه‌های سرامیکی با اندازه بزرگ و پیچیده آسان می‌کند.

محصولات کاربید سیلیکون متخلخل بدون فشار: (الف) مهر و موم های سرامیکی. (ب) بلبرینگ های سرامیکی؛ ج) صفحات ضد گلوله

از نظر کاربرد، پخت بدون فشار SiC کار ساده ای دارد، مقرون به صرفه است و برای تولید انبوه قطعات سرامیکی با اشکال مختلف مناسب است. این به طور گسترده ای در حلقه های آب بندی مقاوم در برابر سایش و مقاوم در برابر خوردگی، یاتاقان های کشویی و غیره استفاده می شود. علاوه بر این، سرامیک های کاربید سیلیکون متخلخل بدون فشار به طور گسترده در زره های ضد گلوله، مانند حفاظت از وسیله نقلیه و کشتی، و همچنین گاوصندوق های غیرنظامی و کامیون های زرهی، به دلیل وزن ویژه بیشتر، قدرت جذب بالای توپ استفاده می شود. شکستگی و هزینه کم به عنوان یک ماده زره ضد گلوله، مقاومت بسیار خوبی در برابر ضربه های متعدد از خود نشان می دهد و اثر محافظتی کلی آن نسبت به سرامیک های معمولی کاربید سیلیکون برتر است. هنگامی که در زره محافظ سرامیکی استوانه‌ای سبک استفاده می‌شود، نقطه شکست آن می‌تواند به بیش از 65 تن برسد، که عملکرد محافظتی قابل‌توجهی بهتری نسبت به زره محافظ سرامیکی استوانه‌ای با استفاده از سرامیک‌های معمولی کاربید سیلیکون نشان می‌دهد.

3. سرامیک SiC متخلخل مجدد متبلور شده (R-SiC)

تف جوشی تبلور مجدد شامل ذرات SiC درشت و ریز درجه بندی شده و عملیات در دمای بالا است. ذرات ریز تبخیر شده و در گردن ذرات درشت متراکم می شوند و ساختار پل بدون ناخالصی های مرز دانه را تشکیل می دهند. این محصول دارای تخلخل 10-20٪، هدایت حرارتی خوب و مقاومت در برابر شوک حرارتی است، اما استحکام پایینی دارد. انقباض حجمی ندارد و برای مبلمان کوره متخلخل و ... مناسب است.

فناوری تف جوشی تبلور مجدد توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است زیرا نیازی به افزودن مواد کمکی تف جوشی ندارد. تف جوشی تبلور مجدد رایج ترین روش برای تهیه دستگاه های سرامیکی SiC با خلوص فوق العاده بالا و در مقیاس بزرگ است. فرآیند آماده سازی سرامیک های SiC متخلخل مجدد متبلور شده (R-SiC) به شرح زیر است: پودرهای درشت و ریز SiC با اندازه های مختلف ذرات به نسبت معینی مخلوط می شوند و از طریق فرآیندهایی مانند ریخته گری لغزشی، قالب گیری و اکستروژن به شکل بلانک های سبز آماده می شوند. سپس، قسمت های سبز رنگ در دمای بالای 2200 ~ 2450 ℃ در یک جو بی اثر شلیک می شوند. در نهایت، ذرات ریز به تدریج به یک فاز گاز تبخیر می شوند و در نقاط تماس با ذرات درشت متراکم می شوند و سرامیک R-SiC را تشکیل می دهند.

R-SiC در دماهای بالا تشکیل می شود و بعد از الماس دارای سختی است. بسیاری از خواص عالی SiC مانند استحکام در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی قوی، مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب را حفظ می کند. بنابراین، یک ماده کاندید ایده آل برای مبلمان کوره با دمای بالا، مبدل های حرارتی یا نازل های احتراق است. در زمینه های هوافضا و نظامی، کاربید سیلیکون متبلور مجدد برای ساخت اجزای ساختاری وسایل نقلیه هوافضا مانند موتورها، باله های دم و بدنه استفاده می شود. به دلیل خواص مکانیکی برتر، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر ضربه، می تواند عملکرد و عمر مفید وسایل نقلیه هوافضا را تا حد زیادی بهبود بخشد.

Semicorex سفارشی ارائه می دهدمحصولات SiC. اگر سؤالی دارید یا نیاز به جزئیات بیشتری دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.
تلفن تماس 86-13567891907
ایمیل: sales@semicorex.com