Membran rekristalisasi

 

Sintered silikon karbida dan silikon karbida yang direkristalisasi, sebagai perwakilan dari bahan keramik berkinerja tinggi, banyak digunakan di banyak bidang industri. Namun, keduanya memiliki keunggulan mereka sendiri dalam proses persiapan, struktur mikro, dan karakteristik kinerja. Sintered silicon carbide dibuat oleh bubuk sintering di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi. Ini memiliki tekstur yang padat dan keras dan ada dalam bentuk kristal fase. Ini memiliki kekerasan yang sangat tinggi dan merupakan pilihan ideal untuk rem, bantalan dan komponen lain di bidang otomotif dan kedirgantaraan. Di sisi lain, silikon karbida yang direkristalisasi menggunakan teknologi pertumbuhan benih. Awalnya dalam fase dan dapat dikonversi menjadi fase kinerja tinggi setelah perawatan. Ini memiliki kekuatan suhu tinggi yang sangat baik, kekerasan dan ketahanan aus. Ini banyak digunakan dalam segel, rel pemandu, dll. Di bidang petrokimia, manufaktur mesin, dll. Singkatnya, perbedaan antara silikon karbida yang disinter dan silikon karbida yang direkristalisasi sebagian besar tercermin dalam metode persiapan dan struktur mikro serta karakteristik kinerja. Saat memilih, perlu untuk menimbangnya sesuai dengan kebutuhan skenario aplikasi spesifik.

 

 

 

As an important structural ceramic material, silicon carbide is not only used in traditional industrial fields such as high-temperature kiln tools, combustion nozzles, heat exchangers, sealing rings, and sliding bearings, but also as bulletproof armor materials, space reflectors, fixture materials in semiconductor wafer preparation, and nuclear fuel cladding materials due to its excellent high-temperature mechanical strength, high hardness, high Modulus elastis, resistensi keausan tinggi, konduktivitas termal tinggi, dan resistensi korosi.

 

Proses sintering keramik silikon karbida sangat penting. Setelah penelitian dan eksplorasi oleh banyak peneliti, berbagai teknologi sintering telah dikembangkan, termasuk sintering reaksi, sintering tekanan atmosfer, rekristalisasi sintering, sintering yang menarik, sintering pressing isostatik panas, dan teknologi sintering baru dalam dua dekade terakhir, seperti sintering plasma sintering, penembakan flash, dan oscillating oscillating.

 

Sintering menekan panas

Alliegro dan yang lainnya dari Norton Company di Amerika Serikat telah menemukan metode sintering yang menarik untuk menyiapkan keramik silikon karbida. Bubuk silikon karbida diisi ke dalam cetakan, dan tekanan tertentu dipertahankan selama proses pemanasan, dan akhirnya metode sintering tercapai di mana cetakan dan sintering diselesaikan secara bersamaan. Karakteristik sintering menekan panas adalah bahwa pemanasan dan tekanan dilakukan secara bersamaan, dan cetakan sintering silikon karbida dicapai di bawah kendali kondisi proses waktu-waktu-waktu yang sesuai. Kerugian dari sintering penekan panas adalah bahwa mesin dan peralatannya kompleks, persyaratan bahan cetakan tinggi, persyaratan proses produksi ketat, hanya cocok untuk menyiapkan suku cadang dengan bentuk sederhana, dan konsumsi energi besar, efisiensi produksinya rendah, dan biaya produksinya tinggi.

 

 

Reaksi sintering

Sintering reaksi silikon karbida pertama kali diusulkan oleh P. Popper pada 1950 -an. Prosesnya adalah untuk mencampurkan sumber karbon dan bubuk silikon karbida, menyiapkan cetakan injeksi yang kosong dengan slip, mesin penekanan kering atau dingin yang dingin, dan kemudian melakukan reaksi silikonisasi, yaitu, panaskan kosong hingga di atas 1500 derajat di bawah vakum atau atmosfer inert, dan silikon silikon yang meleleh ke dalam cairan silikon, yang menembus pori-pori-pori-pori-pori pori-pori. Silikon cair atau uap silikon bereaksi secara kimiawi dengan C dalam tubuh hijau, dan in-situ yang dihasilkan -SIC bergabung dengan partikel SIC asli dalam tubuh hijau untuk membentuk bahan keramik silikon karbida silikon yang ditahan reaksi. Bagan aliran proses adalah sebagai berikut:

Keuntungan dari silikon karbida yang disertai reaksi adalah suhu sintering rendah, biaya produksi rendah, dan densifikasi material tinggi. Secara khusus, hampir tidak ada penyusutan volume selama proses sintering reaksi, yang sangat cocok untuk persiapan bagian-bagian struktural berukuran besar dan berbentuk kompleks. Bahan kiln suhu tinggi, tabung radiasi, penukar panas, nozel desulfurisasi, dll. Semuanya adalah aplikasi khas keramik silikon karbida silikon.

 

Sintering tekanan atmosfer

Diciptakan oleh S. Prochazka dan yang lainnya dari GE di Amerika Serikat pada tahun 1974. Sintering tekanan atmosfer silikon karbida adalah untuk memadatkan sampel dari berbagai bentuk dan ukuran pada 2000-2150 derajat tanpa memberikan tekanan eksternal, yaitu, biasanya di bawah 1,01 × 105Pa tekanan dan inert atmosphere, dengan menambah kondisi atmosfere, dengan menambah kondisi kunjungan. Sintering tanpa tekanan silikon karbida dapat dibagi menjadi dua proses: sintering fase padat dan sintering fase cair.

 

Sintering silikon karbida silikon tanpa tekanan yang solid dapat mencapai kepadatan tinggi 3. 10-3. 15g/cm3, dan tidak ada fase kaca di antara kristal. Ini memiliki sifat mekanik suhu tinggi yang sangat baik dan suhu penggunaannya dapat mencapai 1600 derajat. Namun, perlu dicatat bahwa ketika suhu sintering silikon silikon sintered fase padat terlalu tinggi, ia dapat menyebabkan butirannya terlalu besar dan mengurangi kekuatan lentur material.

Munculnya fase cair sintering tanpa tekanan silikon karbida telah memperluas rentang aplikasi bahan keramik silikon karbida. Penampilan fase cair dalam sintering fase cair biasanya dibentuk oleh pencairan satu komponen dan eutektik dari dua atau lebih komponen. Generasi fase cair memberikan jalur laju difusi yang tinggi untuk meningkatkan kecepatan sintering, sehingga sintering fase cair memiliki keuntungan suhu yang lebih rendah daripada sintering keadaan padat, dan ukuran butirnya kecil. Fase cair yang tersisa di antara kristal mengubah mode fraktur keramik silikon karbida dari fraktur transgranular menjadi fraktur intergranular, sehingga meningkatkan kekuatan lentur dan ketangguhan fraktur material. Teknologi SIC yang tidak bertekan telah menjadi dewasa. Keuntungannya adalah biaya produksi yang rendah dan tidak ada batasan pada bentuk dan ukuran produk. Secara khusus, keramik SiC sintered fase padat memiliki kepadatan tinggi, mikrostruktur yang seragam, dan kinerja material komprehensif yang sangat baik. Cincin penyegelan yang tahan dengan keausan dan tahan korosi dan bantalan geser yang banyak digunakan dalam industri terutama adalah silikon karbida yang ditahan tekanan.

 

Rekristalisasi sintering

Pada 1980-an, Kriegesmann menyiapkan tubuh hijau dengan cetakan injeksi slip dan menyiapkan bahan keramik silikon karbida yang direkristalisasi dengan kinerja yang sangat baik pada 2450 derajat, yang segera diproduksi secara massal oleh FCT Jerman dan Norton Amerika Serikat. Bahan keramik SiC yang direkristalisasi adalah partikel SiC dari berbagai ukuran partikel yang dinilai dalam rasio tertentu dan dibentuk menjadi kosong. Partikel -partikel halus di bagian kosong dapat didistribusikan secara merata di pori -pori antara partikel kasar. Kemudian, pada suhu tinggi lebih dari 2100 derajat dan aliran atmosfer pelindung tertentu, partikel -partikel halus SIC secara bertahap menguap dan mengembun dan mengendap pada titik kontak partikel kasar sampai partikel halus benar -benar hilang. Sebagai hasil dari mekanisme penguapan-kondensasi ini, batas butir baru terbentuk di leher partikel, menyebabkan partikel halus dimigrasi, membentuk struktur jembatan antara partikel besar dan tubuh yang disinter dengan porositas tertentu.

 

Karena mekanisme sintering yang unik dan proses SIC yang direkristalisasi, ia memiliki karakteristik berikut:

1) karena tidak ada batasan butir atau difusi volume selama proses sintering, dan kondensasi penguapan dan difusi permukaan tidak mengurangi jarak antara partikel SIC, hampir tidak ada volume penyusutan selama proses sintering;

2) kepadatan SIC yang direkristalisasi hampir tidak meningkat setelah sintering;

3) SIC yang direkristalisasi memiliki batas butir yang sangat jernih dan bersih, tanpa fase kaca dan kotoran;

4) Produk SIC yang direkristalisasi setelah sintering mengandung 10% hingga 20% residual porositas.

 

Sintering penekan isostatik panas

Hot isostatic pressing adalah proses yang menggunakan gas tekanan tinggi inert (seperti argon) untuk mempromosikan sintering kepadatan material. Bubuk silikon karbida kosong disegel dalam gelas atau wadah logam di bawah vakum. Selama proses penekan isostatik panas, ketika sampel dipanaskan hingga suhu sintering, kompresor mempertahankan tekanan gas awal dari beberapa MPa. Selama proses pemanasan, tekanan gas secara bertahap meningkat setinggi 200 MPa, dan tekanan gas isostatik digunakan untuk menghilangkan pori -pori internal material untuk mencapai densifikasi.

 

Memicu sintering plasma

Spark Plasma Sintering Technology adalah teknologi metalurgi bubuk baru untuk menyiapkan bahan curah. Ini menggunakan percikan listrik berenergi tinggi untuk menyelesaikan proses sintering sampel pada suhu yang lebih rendah dan dalam waktu yang lebih singkat. Ini dapat digunakan untuk menyiapkan bahan logam, bahan keramik, dan bahan gabungan. Selama proses sintering, pelepasan sesaat antara partikel dan plasma suhu tinggi dapat memecah atau menghilangkan kotoran (seperti film oksida, dll.) Dan gas teradsorpsi pada permukaan partikel bubuk, mengaktifkan permukaan partikel bubuk, dan meningkatkan kualitas dan efisiensi sintering. Menggunakan teknologi sintering plasma spark, SIC micropowder dengan alat bantu sintering AL2O3 dan Y2O3 dengan cepat disinter untuk mendapatkan keramik silikon karbida yang lebat.

 

Sintering microwave

Dibandingkan dengan proses sintering tradisional, sintering gelombang mikro menggunakan hilangnya dielektrik bahan dalam medan elektromagnetik gelombang mikro untuk memanaskan bahan secara keseluruhan hingga suhu sintering untuk mencapai sintering dan kepadatan. Dibandingkan dengan metode sintering konvensional, sintering gelombang mikro memiliki banyak keunggulan, seperti suhu sintering rendah, kecepatan pemanasan cepat, kepadatan bahan yang baik, dll. Pada saat yang sama, sintering microwave mempercepat proses transfer massal bahan, sehingga bahan berbutir halus dapat diperoleh.

 

Sintering flash

Flash Sintering (FS) memiliki keunggulan konsumsi energi rendah dan kecepatan sintering yang sangat cepat. Dalam beberapa tahun terakhir, ini juga telah diterapkan pada penelitian sintering silikon karbida. Flash sintering mengacu pada aplikasi langsung tegangan ke sampel saat pemanasan dalam tungku pemanas. Setelah suhu ambang tertentu tercapai, peningkatan arus yang tiba -tiba nonlinier dengan cepat menghasilkan panas joule, dan sampel dapat dengan cepat padat dalam beberapa detik.

 

Sintering tekanan berosilasi

Pengenalan tekanan dinamis selama proses sintering kondusif untuk memecahkan fenomena penguncian dan aglomerasi dalam partikel, mengurangi jumlah dan ukuran cacat seperti pori-pori dan aglomerasi, sehingga mendapatkan struktur mikro yang seragam dengan struktur kepadatan tinggi dan ukuran biji-bijian, dan mempersiapkan berkekuatan tinggi dan berkekuatan tinggi relibelitas tinggi. Berdasarkan konsep sintering baru ini, tim peneliti Xie Zhipeng di Universitas Tsinghua mengusulkan gagasan untuk memperkenalkan tekanan berosilasi dinamis untuk menggantikan tekanan statis konstan yang ada selama proses sintering bubuk keramik, dan dinamai teknologi sintering baru yang berosilasi sintering.

 

Keuntungan dari teknologi sintering ini adalah:

1) kepadatan pengemasan bubuk sebelum sintering dapat ditingkatkan secara signifikan dengan pengaturan ulang partikel yang dihasilkan oleh tekanan osilasi kontinu;

 

2) Ini memberikan kekuatan pendorong sintering yang lebih besar, yang lebih kondusif untuk mempromosikan rotasi dan slip biji -bijian dan aliran plastik dalam tubuh yang disinter untuk mempercepat kepadatan tubuh hijau, terutama pada tahap selanjutnya dari sintering, dengan menyesuaikan frekuensi dan ukuran tekanan yang berosilasi, pori -pori kecil yang residu di dalam pori -pori -pori -pori kecil yang tersisa di dalam gandum, dan ukuran pori -pori -pori -pori kecil yang tersisa di dalam gandum di dalamnya adalah gambaran, dan ukuran pori -pori -pori -pori kecil yang tersisa, dan ukuran pori -pori -pori -pori -pori kecil di dalam gambaran, dan ukuran pori -pori -pori -pori kecil di dalam gambaran, dan ukuran pori -pori -pori -pori kecil di dalam gambaran di dalamnya di dalamnya di dalamnya.

Tiga metode persiapan bahan keramik silikon karbida, sintering reaksi, sintering tekanan atmosfer dan rekristalisasi sintering, yang lebih umum digunakan dalam produksi industri, semuanya memiliki keunggulan unik, dan bidang mikro, kinerja dan aplikasi silikon karbida yang disiapkan juga berbeda.

 

Sintering reaksi memiliki suhu sintering yang rendah dan biaya produksi yang rendah. Tingkat penyusutan produk yang disiapkan sangat kecil dan tingkat kepadatan tinggi. Ini cocok untuk persiapan bagian-bagian struktural berukuran besar dan kompleks. Reaksi sintered silikon karbida sebagian besar digunakan dalam alat kiln suhu tinggi, penyembur api, penukar panas, reflektor optik, dll.

 

Keuntungan dari sintering tekanan atmosfer adalah biaya produksi yang rendah, tidak ada batasan pada bentuk dan ukuran produk, kepadatan tinggi dari produk yang disiapkan, struktur mikro yang seragam, dan kinerja material komprehensif yang sangat baik. Oleh karena itu, lebih cocok untuk persiapan bagian -bagian struktural presisi, seperti segel, bantalan geser dan baju besi anti peluru di berbagai pompa mekanik, reflektor optik, perlengkapan wafer semikonduktor, dll.

 

Silikon karbida yang direkristalisasi memiliki fase kristal murni, tidak mengandung kotoran, memiliki porositas tinggi, konduktivitas termal yang sangat baik dan ketahanan guncangan termal, dan merupakan bahan kandidat yang ideal untuk alat kiln suhu tinggi, penukar panas atau nozel pembakaran.