مطالعه بر روی سرامیک های SiC متخلخل با واکنش و خواص آنها

چرا سیلیکون کاربید مهم است؟

کاربید سیلیکون (SiC) ترکیبی است که توسط پیوندهای کووالانسی بین اتم‌های سیلیکون و کربن ایجاد می‌شود که به دلیل مقاومت در برابر سایش عالی، مقاومت در برابر شوک حرارتی، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت حرارتی بالا شناخته شده است. به طور گسترده ای در صنایع هوافضا، ساخت مکانیکی، پتروشیمی، ذوب فلزات و صنایع الکترونیک، به ویژه برای ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش و اجزای ساختاری با دمای بالا استفاده می شود.سرامیک سیلیکون کاربید زینتر شده با واکنشاز جمله اولین سرامیک های ساختاری هستند که به تولید در مقیاس صنعتی دست یافته اند. سنتیسرامیک های سیلیکون کاربید زینتر شده با واکنشاز پودر کاربید سیلیکون و مقدار کمی پودر کربن از طریق تف جوشی واکنش نفوذ سیلیکون در دمای بالا ساخته می شوند که به زمان پخت طولانی، دماهای بالا، مصرف انرژی بالا و هزینه های بالا نیاز دارد. با استفاده روزافزون از فن آوری کاربید سیلیکون پخته شده با واکنش، روش های سنتی برای پاسخگویی به تقاضای صنعتی برای شکل های پیچیده کافی نیستند.سرامیک کاربید سیلیکون.

پیشرفت های اخیر در چیست؟سیلیکون کاربید سینتر شده با واکنش?

پیشرفت های اخیر منجر به تولید مواد با چگالی بالا و مقاومت خمشی بالا شده استسرامیک کاربید سیلیکونبا استفاده از پودر کاربید سیلیکون در اندازه نانو، به طور قابل توجهی خواص مکانیکی مواد را بهبود می بخشد. با این حال، هزینه بالای پودر کاربید سیلیکون در اندازه نانو، با قیمت بیش از ده ها هزار دلار در هر تن، مانع از کاربرد در مقیاس بزرگ می شود. در این کار، ما از زغال چوب به طور گسترده در دسترس به عنوان منبع کربن و کاربید سیلیکون در اندازه میکرون به عنوان سنگدانه استفاده کردیم، و از فناوری ریخته‌گری لغزشی برای آماده‌سازی استفاده کردیم.سرامیک سیلیکون کاربید متخلخل با واکنشبدن های سبز این رویکرد نیاز به پیش سنتز پودر کاربید سیلیکون را حذف می‌کند، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد و ساخت محصولات دیواره نازک بزرگ و پیچیده را امکان‌پذیر می‌کند و مرجعی برای بهبود عملکرد و کاربردسرامیک های سیلیکون کاربید زینتر شده با واکنش.

مواد اولیه مورد استفاده چه بوده است؟

مواد اولیه مورد استفاده در آزمایش عبارتند از:

کاربید سیلیکون با اندازه ذرات میانه (d50) 3.6 میکرومتر و خلوص (w (SiC)) ≥ 98٪

کربن سیاه با اندازه ذرات میانه (d50) 0.5 میکرومتر و خلوص (w©) ≥ 99٪

گرافیت با اندازه ذرات متوسط ​​(d50) 10 میکرومتر و خلوص (w©) ≥ 99٪

پخش کننده ها: پلی وینیل پیرولیدون (PVP) K30 (K ارزش 27-33) و K90 (K ارزش 88-96)

کاهنده آب: پلی کربوکسیلات CE-64

عامل انتشار: AO

آب دیونیزه شده

آزمایش چگونه انجام شد؟

آزمایش به شرح زیر انجام شد:

اختلاط مواد اولیه مطابق جدول 1 با استفاده از همزن برقی به مدت 4 ساعت برای به دست آوردن دوغاب مخلوط یکنواخت.

با حفظ ویسکوزیته دوغاب ≤ 1000 mPa·s، دوغاب مخلوط در قالب‌های گچی آماده شده برای ریخته‌گری لغزشی ریخته شد و به مدت 2 تا 3 دقیقه از طریق قالب‌های گچی آب‌گیری شد تا بدنه‌های سبز تشکیل شود.

اجسام سبز رنگ به مدت 48 ساعت در یک مکان خنک قرار داده شدند و سپس از قالب خارج شدند و در اجاق خشک کن خلاء در دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 6-4 ساعت خشک شدند.

صمغ زدایی اجسام سبز در کوره مافل در دمای 800 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت برای به دست آوردن پریفرم ها انجام شد.

پریفرم ها در پودر مخلوطی از کربن سیاه، پودر سیلیکون و نیترید بور با نسبت جرمی 1:100:2000 قرار داده شدند و در کوره 1720 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت پخته شدند تا سرامیک کاربید سیلیکون کاملاً پودر شده به دست آید. .

چه روش هایی برای تست عملکرد استفاده شد؟

تست عملکرد شامل:

اندازه گیری ویسکوزیته دوغاب در زمان های مختلف اختلاط (1-5 ساعت) با استفاده از ویسکومتر دوار در دمای اتاق.

اندازه گیری چگالی حجمی پریفرم ها با رعایت استاندارد ملی GB/T 25995-2010.

اندازه گیری مقاومت خمشی نمونه های تف جوشی شده در دمای 1720 درجه سانتی گراد مطابق GB/T 6569-2006، با ابعاد نمونه 3 میلی متر × 4 میلی متر × 36 میلی متر، دهانه 30 میلی متر و سرعت بارگذاری 0.5 میلی متر در دقیقه ^-1 .

تجزیه و تحلیل ترکیب فاز و ریزساختار نمونه های تف جوشی شده در دمای 1720 درجه سانتی گراد با استفاده از XRD و SEM.

چگونه زمان اختلاط بر ویسکوزیته دوغاب، چگالی حجمی پیش‌فرم و تخلخل ظاهری تأثیر می‌گذارد؟

شکل های 1 و 2 به ترتیب رابطه بین زمان اختلاط و ویسکوزیته دوغاب برای نمونه 2# و رابطه بین زمان اختلاط و چگالی حجم پریفرم و تخلخل ظاهری را نشان می دهند.

شکل 1 نشان می دهد که با افزایش زمان اختلاط، ویسکوزیته کاهش می یابد و در 4 ساعت به حداقل 721 mPa·s می رسد و سپس تثبیت می شود.

شکل 2 نشان می دهد که نمونه 2# دارای حداکثر چگالی حجمی 1.47 g·cm^-3 و حداقل تخلخل ظاهری 32.4 درصد است. ویسکوزیته کمتر باعث پراکندگی بهتر می شود که منجر به دوغاب یکنواخت تر و بهبود می شودسرامیک کاربید سیلیکونعملکرد زمان اختلاط ناکافی منجر به اختلاط ناهموار پودر ریز کاربید سیلیکون می شود، در حالی که زمان اختلاط بیش از حد باعث تبخیر آب بیشتر می شود و سیستم را بی ثبات می کند. زمان اختلاط بهینه برای تهیه سرامیک کاربید سیلیکون کاملاً پودر شده 4 ساعت است.

جدول 2 ویسکوزیته دوغاب، چگالی حجمی پریفرم و تخلخل ظاهری نمونه 2# با گرافیت اضافه شده و نمونه 6# بدون گرافیت اضافه شده را فهرست می کند. افزودن گرافیت ویسکوزیته دوغاب را کاهش می‌دهد، چگالی حجمی پریفرم را افزایش می‌دهد و تخلخل ظاهری را به دلیل اثر روان‌کنندگی گرافیت کاهش می‌دهد و در نتیجه پراکندگی بهتر و افزایش چگالی پودر کاملاً ریز می‌شود.سرامیک کاربید سیلیکون. بدون گرافیت، دوغاب دارای ویسکوزیته بالاتر، پراکندگی ضعیف‌تر و پایداری است و افزودن گرافیت ضروری است.

شکل 3 چگالی حجمی پریفرم و تخلخل ظاهری نمونه هایی با محتویات کربن سیاه متفاوت را نشان می دهد. نمونه 2# دارای بیشترین چگالی حجمی 1.47 g·cm^-3 و کمترین تخلخل ظاهری 32.4 درصد است. با این حال، تخلخل بسیار کم مانع نفوذ سیلیکون می شود.

شکل 4 طیف XRD پریفرم های نمونه 2# و نمونه های زینتر شده را در دمای 1720 درجه سانتی گراد نشان می دهد. پریفرم ها حاوی گرافیت و β-SiC هستند، در حالی که نمونه های متخلخل حاوی Si، β-SiC و α-SiC هستند که نشان دهنده تبدیل مقداری β-SiC به α-SiC در دماهای بالا است. نمونه‌های متخلخل همچنین افزایش Si و کاهش محتوای C را به دلیل نفوذ سیلیکون در دمای بالا نشان می‌دهند، جایی که Si با C واکنش می‌دهد تا SiC ایجاد کند و منافذ را پر می‌کند.

شکل 5 مورفولوژی شکست پریفرم های مختلف نمونه را نشان می دهد. این تصاویر کاربید سیلیکون ریز، گرافیت و منافذ را نشان می دهند. نمونه های 1#، 4# و 5# دارای فازهای پوسته پوسته بزرگتر و منافذ توزیع نابرابرتر به دلیل اختلاط ناهموار هستند که در نتیجه چگالی پریفرم کم و تخلخل بالا ایجاد می شود. نمونه 2# با 5.94% (w) کربن سیاه ساختار بهینه را نشان می دهد.

شکل 6 مورفولوژی شکست نمونه 2# را پس از تف جوشی در دمای 1720 درجه سانتی گراد نشان می دهد که ذرات کاربید سیلیکون را به طور محکم و یکنواخت با حداقل تخلخل نشان می دهد. رشد ذرات کاربید سیلیکون به دلیل اثرات دمای بالا است. ذرات SiC تازه تشکیل شده کوچکتر نیز بین ذرات اسکلت SiC اصلی حاصل از تف جوشی واکنش دیده می شوند، با مقداری سی باقیمانده که منافذ اصلی را پر می کند، غلظت تنش را کاهش می دهد، اما به دلیل نقطه ذوب پایین به طور بالقوه بر عملکرد دمای بالا تأثیر می گذارد. محصول زینتر شده دارای چگالی حجمی 3.02 g·cm^-3 و مقاومت خمشی 580 MPa است که دو برابر استحکام معمولی است.کاربید سیلیکون پخته شده با واکنش.

نتیجه گیری

زمان اختلاط بهینه برای دوغاب مورد استفاده برای تهیه پودر کاملاً ریزسرامیک کاربید سیلیکون4 ساعت است. افزودن گرافیت ویسکوزیته دوغاب را کاهش می دهد، دانسیته حجمی پریفرم را افزایش می دهد و تخلخل ظاهری را کاهش می دهد و چگالی پودر کاملاً ریز را افزایش می دهد.سرامیک کاربید سیلیکون.

محتوای کربن سیاه بهینه برای تهیه سرامیک های کاربید سیلیکون کاملاً پودر شده 5.94٪ (w) است.

ذرات کاربید سیلیکون متخلخل به طور محکم و یکنواخت با حداقل تخلخل توزیع شده اند و روند رشد را نشان می دهند. چگالی محصول تف جوشی شده 3.02 گرم در سانتی متر ^-3 و مقاومت خمشی 580 مگاپاسکال است که به طور قابل توجهی استحکام مکانیکی و چگالی پودر کاملاً ریز را بهبود می بخشد.سرامیک کاربید سیلیکون.**

ما در Semicorex در این زمینه تخصص داریمسرامیک SiCو سایر مواد سرامیکی مورد استفاده در تولید نیمه هادی، اگر سؤالی دارید یا به جزئیات بیشتری نیاز دارید، لطفاً در تماس با ما دریغ نکنید.

تلفن تماس: +86-13567891907

ایمیل: sales@semicorex.com