Quy trình chế tạo gốm sứ SiC

Gốm sứ cacbua siliclà một trong những vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong gốm kết cấu. Do độ giãn nở nhiệt tương đối thấp, cường độ riêng cao, độ dẫn nhiệt và độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn và quan trọng nhất là khả năng duy trì hiệu suất tốt ngay cả ở nhiệt độ cao tới 1650°C, gốm silicon cacbua được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Các phương pháp thiêu kết phổ biến đối với gốm cacbua silic bao gồm: thiêu kết không áp suất, thiêu kết phản ứng và thiêu kết kết tinh lại.

1. SiC thiêu kết phản ứng (RBSiC)

Quá trình thiêu kết phản ứng bao gồm việc trộn nguồn cacbon với bột cacbua silic, tạo thành khối nén, sau đó cho phép silicon lỏng thấm vào khối nén ở nhiệt độ cao và phản ứng với cacbon để tạo thành β-SiC, đạt được mật độ dày đặc. Nó có độ co ngót gần như bằng 0, khiến nó phù hợp với các bộ phận lớn và phức tạp. Nó cũng có nhiệt độ thiêu kết thấp và chi phí thấp, nhưng silicon tự do có thể làm giảm hiệu suất ở nhiệt độ cao.

SiC thiêu kết phản ứng là loại gốm có cấu trúc hấp dẫn với các đặc tính cơ học tuyệt vời như độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống oxy hóa. Hơn nữa, nó có nhiệt độ thiêu kết thấp, chi phí thiêu kết thấp và tạo hình gần dạng lưới.

Quá trình thiêu kết phản ứng rất đơn giản. Nó bao gồm việc trộn nguồn carbon và bột SiC để tạo thành vật thể xanh, sau đó, dưới lực mao dẫn ở nhiệt độ cao, silicon nóng chảy thấm vào vật thể xốp màu xanh lá cây. Silicon nóng chảy này phản ứng với nguồn carbon bên trong vật thể xanh để tạo thành pha β-SiC, đồng thời liên kết chặt chẽ với α-SiC ban đầu. Các lỗ còn lại được lấp đầy bằng silicon nóng chảy, do đó đạt được độ đặc của vật liệu gốm. Trong quá trình thiêu kết, kích thước được giảm xuống, đạt được hình dạng gần như hình lưới, cho phép chế tạo các hình dạng phức tạp khi cần thiết. Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp các sản phẩm gốm sứ khác nhau.

Về mặt ứng dụng, vật liệu nội thất trong lò nung nhiệt độ cao, ống bức xạ, bộ trao đổi nhiệt và vòi khử lưu huỳnh là những ứng dụng điển hình của gốm sứ cacbua silic phản ứng thiêu kết. Hơn nữa, do hệ số giãn nở nhiệt thấp của cacbua silic, mô đun đàn hồi cao và đặc tính tạo hình gần dạng lưới, cacbua silic phản ứng thiêu kết cũng là vật liệu lý tưởng cho gương không gian. Ngoài ra, với sự gia tăng kích thước wafer và nhiệt độ xử lý nhiệt, cacbua silic phản ứng thiêu kết đang dần thay thế thủy tinh thạch anh. Các thành phần cacbua silic (SiC) có độ tinh khiết cao chứa pha silic một phần có thể được sản xuất bằng cách sử dụng bột cacbua silic có độ tinh khiết cao và silicon có độ tinh khiết cao. Các thành phần này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị hỗ trợ cho thiết bị sản xuất ống điện tử và tấm bán dẫn.

2. SiC(SSiC) thiêu kết không áp suất

Quá trình thiêu kết không áp suất được chia thành thiêu kết pha rắn và thiêu kết pha lỏng: Quá trình thiêu kết pha rắn, với việc bổ sung các chất phụ gia B/C, đạt được mật độ khuếch tán pha rắn ở nhiệt độ cao, dẫn đến hiệu suất nhiệt độ cao tốt nhưng làm hạt thô. Quá trình thiêu kết pha lỏng sử dụng các chất phụ gia như Al2O3-Y2O3 để tạo thành pha lỏng, hạ nhiệt độ, tạo ra hạt mịn hơn và độ dẻo dai cao hơn. Công nghệ này có chi phí thấp, cho phép tạo ra nhiều hình dạng khác nhau và phù hợp với các bộ phận kết cấu chính xác như vòng đệm, vòng bi và áo giáp chống đạn.

Thiêu kết không áp suất được coi là phương pháp thiêu kết hứa hẹn nhất cho SiC. Phương pháp này có thể thích ứng với các quy trình tạo hình khác nhau, có chi phí sản xuất thấp hơn, không bị giới hạn bởi hình dạng hoặc kích thước và là phương pháp thiêu kết phổ biến nhất và dễ dàng nhất để sản xuất hàng loạt.

Quá trình thiêu kết không áp suất bao gồm việc thêm boron và carbon vào β-SiC có chứa một lượng nhỏ oxy và thiêu kết ở khoảng 2000oC trong môi trường trơ ​​để thu được vật thể thiêu kết cacbua silic với mật độ lý thuyết 98%. Phương pháp này thường có hai cách tiếp cận: thiêu kết trạng thái rắn và thiêu kết trạng thái lỏng. Cacbua silic thiêu kết ở trạng thái rắn không áp suất thể hiện mật độ và độ tinh khiết cao, đặc biệt, nó có tính dẫn nhiệt cao độc đáo và độ bền nhiệt độ cao tuyệt vời, giúp dễ dàng xử lý thành các thiết bị gốm có kích thước lớn và hình dạng phức tạp.

Các sản phẩm cacbua silic thiêu kết không áp suất: (a) vòng đệm bằng gốm; (b) vòng bi gốm; (c) tấm chống đạn

Về mặt ứng dụng, quá trình thiêu kết không áp suất của SiC vận hành đơn giản, tiết kiệm chi phí vừa phải và phù hợp cho việc sản xuất hàng loạt các bộ phận gốm có hình dạng khác nhau. Nó được sử dụng rộng rãi trong các vòng đệm chống mài mòn và chống ăn mòn, vòng bi trượt, v.v. Hơn nữa, gốm silicon cacbua thiêu kết không áp suất được sử dụng rộng rãi trong áo giáp chống đạn, chẳng hạn như để bảo vệ xe và tàu, cũng như két sắt dân dụng và xe tải bọc thép, do độ cứng cao, trọng lượng riêng thấp, hiệu suất đạn đạo tốt, khả năng hấp thụ nhiều năng lượng hơn sau khi vỡ và chi phí thấp. Là một vật liệu áo giáp chống đạn, nó có khả năng chống lại nhiều tác động tuyệt vời và hiệu quả bảo vệ tổng thể của nó vượt trội so với gốm sứ cacbua silic thông thường. Khi được sử dụng trong áo giáp bảo vệ gốm hình trụ nhẹ, điểm gãy của nó có thể đạt tới hơn 65 tấn, thể hiện hiệu suất bảo vệ tốt hơn đáng kể so với áo giáp bảo vệ gốm hình trụ sử dụng gốm cacbua silic thông thường.

3. Gốm SiC thiêu kết kết tinh (R-SiC)

Quá trình thiêu kết kết tinh lại bao gồm các hạt SiC thô và mịn được phân loại và xử lý ở nhiệt độ cao. Các hạt mịn bay hơi và ngưng tụ ở cổ các hạt thô, tạo thành cấu trúc cầu nối không có tạp chất ở ranh giới hạt. Sản phẩm có độ xốp 10-20%, dẫn nhiệt và chống sốc nhiệt tốt nhưng độ bền thấp. Nó không có hiện tượng co ngót thể tích và thích hợp cho đồ nội thất lò xốp, v.v.

Công nghệ thiêu kết kết tinh lại đã thu hút được sự chú ý rộng rãi vì nó không cần bổ sung các chất hỗ trợ thiêu kết. Thiêu kết kết tinh lại là phương pháp phổ biến nhất để chuẩn bị các thiết bị gốm SiC quy mô lớn, có độ tinh khiết cực cao. Quá trình chuẩn bị gốm SiC thiêu kết kết tinh lại (R-SiC) như sau: bột SiC thô và mịn có kích thước hạt khác nhau được trộn theo một tỷ lệ nhất định và được chuẩn bị thành phôi màu xanh lá cây thông qua các quá trình như đúc trượt, đúc khuôn và ép đùn. Sau đó, phôi màu xanh lá cây được nung ở nhiệt độ cao 2200 ~ 2450oC trong môi trường trơ. Cuối cùng, các hạt mịn dần dần bay hơi thành pha khí và ngưng tụ tại các điểm tiếp xúc với các hạt thô, tạo thành gốm R-SiC.

R-SiC hình thành ở nhiệt độ cao và có độ cứng chỉ sau kim cương. Nó giữ lại nhiều đặc tính tuyệt vời của SiC, như độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống ăn mòn mạnh, khả năng chống oxy hóa tuyệt vời và khả năng chống sốc nhiệt tốt. Vì vậy, nó là vật liệu ứng cử viên lý tưởng cho đồ nội thất trong lò nung nhiệt độ cao, bộ trao đổi nhiệt hoặc vòi đốt. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quân sự, cacbua silic kết tinh lại được sử dụng để sản xuất các bộ phận cấu trúc của phương tiện hàng không vũ trụ, chẳng hạn như động cơ, vây đuôi và thân máy bay. Do đặc tính cơ học vượt trội, khả năng chống ăn mòn và chống va đập, nó có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và tuổi thọ của các phương tiện hàng không vũ trụ.

Semicorex cung cấp tùy chỉnhSản phẩm SiC. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc hoặc cần thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.
Số điện thoại liên hệ +86-13567891907
Email: sales@semicorex.com