Керамика из карбида кремния обладает превосходными свойствами, такими как прочность при высоких температурах, стойкость к высокотемпературному окислению, хорошая износостойкость, хорошая термическая стабильность, малый коэффициент теплового расширения, высокая теплопроводность, высокая твердость, стойкость к тепловому удару и стойкость к химической коррозии. Он широко используется в автомобилестроении, механизации, защите окружающей среды, аэрокосмических технологиях, информационной электронике, энергетике и других областях и стал незаменимой конструкционной керамикой с отличными характеристиками во многих областях промышленности.
Спекание без давления считается перспективным методом спекания SiC. В соответствии с различными механизмами спекания спекание без давления можно разделить на спекание в твердой фазе и спекание в жидкой фазе. S. Proehazka спекали при 2020 °C до спеченного тела SiC с плотностью выше 98 % путем одновременного добавления соответствующих количеств B и C (содержание кислорода менее 2 %) в ультрадисперсный порошок β-SiC. А. Мулла и соавт. С использованием Al2O3 и Y2O3 в качестве добавок был спечен 0,5 мкмβ-SiC (с небольшим количеством SiO2 на поверхности частиц) при 1850-1950℃. Относительная плотность полученной SiC-керамики составляет более 95 % от теоретической плотности, а размер зерен мелкий и средний. Это 1,5 мкм.
Спекание в горячем прессе
Надо указал, что чистый карбид кремния можно спекать только при очень высоких температурах без каких-либо спекающих добавок, поэтому многие люди применяют процесс горячего прессования для спекания карбида кремния. Было много сообщений о спекании карбида кремния горячим прессованием с добавлением добавок для спекания. Аллиегро и др. изучали влияние металлических добавок, таких как бор, алюминий, никель, железо и хром, на уплотнение карбида кремния. Результаты показывают, что алюминий и железо являются эффективными добавками, способствующими спеканию SiC при горячем прессовании. Ф. Ф. Ланге изучал влияние добавления различных количеств Al2O3 на свойства горячепрессованного спеченного карбида кремния. Считается, что уплотнение горячепрессованного спеченного SiC связано с механизмом растворения и осаждения. Однако в процессе спекания с горячим прессованием можно производить детали из карбида кремния только простой формы, а количество изделий, производимых с помощью одноразового процесса спекания с горячим прессованием, очень мало, что не способствует промышленному производству.
горячее изостатическое прессование
Чтобы преодолеть недостатки традиционного процесса спекания, в акваланге используются добавки b-типа и с-типа, а также технология спекания горячим изостатическим прессованием. При 1900 °С была получена мелкокристаллическая керамика с плотностью более 98, а прочность на изгиб при комнатной температуре могла достигать 600 МПа. Хотя спекание горячим изостатическим прессованием позволяет получать изделия из плотной фазы сложной формы, а изделия обладают хорошими механическими свойствами, но спекание бедра требует герметизации, чего трудно достичь в промышленном производстве.
реакционное спекание
Реакционно-спеченный карбид кремния, также известный как самосвязующийся карбид кремния, относится к процессу взаимодействия пористых заготовок с газовой или жидкой фазой для улучшения качества заготовок, уменьшения пор и спекания готового продукта с определенной прочностью и точностью размеров. Порошок α-SiC и графит смешивают в определенной пропорции и нагревают примерно до 1650°C, чтобы сформировать заготовку. В то же время он проникает или проникает в заготовку через газофазный Si, реагирует с графитом с образованием β-SiC и соединяется с существующими частицами α-SiC. Когда Si полностью пропитан, можно получить реакционно-спекшееся тело с полной плотностью и без усадки размеров. По сравнению с другими процессами спекания изменение размеров реактивного спекания во время уплотнения невелико, и можно производить изделия с точными размерами, но присутствие большого количества карбида кремния в спеченном теле ухудшает высокотемпературные характеристики реактивно спеченной керамики карбида кремния. .
Керамика SiC, спеченная без давления, спеченная керамика SiC, спеченная горячим изостатическим прессованием, и керамика SiC, спеченная в результате реакции, обладают разными свойствами. Например, с точки зрения спеченной плотности и прочности на изгиб, горячее прессование и горячее изостатическое прессование SiC-керамики относительно выше, а реакционно-спеченный SiC относительно низок. С другой стороны, механические свойства SiC-керамики зависят от вспомогательных средств для спекания. Спекание без давления, спекание при горячем прессовании и реакционное спекание SiC-керамики обладают хорошей кислото- и щелочестойкостью, но реакционно-спеченная SiC-керамика имеет плохую стойкость к сильной кислотной коррозии, такой как HF. При температуре ниже 900 °C прочность на изгиб почти всей SiC-керамики значительно выше, чем у высокотемпературной спеченной керамики, а прочность на изгиб реакционно-спеченной SiC-керамики резко снижается, когда она превышает 1400 °C. (Это происходит из-за определенного количества свободного Si, что вызвано резким падением прочности на изгиб выше определенной температуры на спеченном теле.) Для керамики SiC, спеченной без давления и HIP, высокотемпературные свойства в основном зависят от вид добавок.
Четыре метода спекания SiC-керамики имеют свои преимущества. Однако в условиях современного быстрого развития науки и техники необходимо срочно улучшать характеристики SiC-керамики, постоянно совершенствовать производственный процесс, снижать производственные затраты и добиваться низкотемпературного спекания SiC-керамики. В целях снижения энергопотребления, снижения производственных затрат и содействия индустриализации керамических изделий из карбида кремния.
