Dari serbuk ke seramik pepejal: kaedah pembentukan dan sintering
Serbuk SIC sahaja bukan seramik yang kuat dan padat. Untuk membuat objek pepejal, serbuk mesti dibentuk dan kemudian bersatu dalam proses yang dipanggil sintering. Cabaran utama ialah SIC mempunyai ikatan kovalen yang kuat, yang menjadikannya sangat sukar untuk sinter. Oleh itu, teknik khas diperlukan. Tiga kaedah utama adalah:
1. Sintering (sintering keadaan pepejal)
Ini adalah kaedah yang paling biasa untuk membuat komponen berbentuk kompleks.
# Pencampuran: Serbuk SIC dicampur dengan bantuan sintering, biasanya sedikit boron (b) dan karbon (c). Karbon membantu mengeluarkan lapisan oksida pada zarah SIC, dan boron menggalakkan penyebaran atom.
# Membentuk: Campuran serbuk dibentuk menjadi "badan hijau" (bentuk yang tidak terperinci). Ini boleh dilakukan oleh:
* Tekan kering: Uniaxial atau isostatic menekan untuk bentuk mudah.
* Penyemperitan: Untuk panjang, bentuk berterusan seperti tiub atau rod.
* Pencetakan suntikan: Untuk bentuk yang sangat kompleks dan rumit.
# Sintering: Badan hijau dipanaskan dalam suasana lengai (seperti argon) pada suhu sekitar 2000 ° C - 2100 ° C (3630 ° F - 3810 ° F). Pada suhu ini, zarah -zarah meresap ke antara satu sama lain pada titik hubungan, ikatan bersama untuk membentuk seramik padat, padat dengan keliangan minimum.
Keputusan: Sintered Silicon Carbide (SSIC). Ia mempunyai kesucian yang tinggi, rintangan haus yang sangat baik, dan kekuatan mekanikal yang baik.
2. Ikatan tindak balas (atau silikon)
Kaedah ini mewujudkan bahagian berhampiran-net dengan pengecutan minimum.
# Membentuk: campuran serbuk SIC dan karbon (contohnya, grafit) dibentuk menjadi badan hijau berliang.
# Penyusupan: Badan hijau kemudian diletakkan bersentuhan dengan logam silikon cair (SI) dalam relau di bawah vakum.
# Reaksi: Silikon cair ditarik ke dalam badan berliang oleh tindakan kapilari. Ia kemudian bertindak balas dengan karbon di dalam badan untuk membentuk karbida silikon baru (Si + C → SIC), yang mengikat zarah -zarah SiC yang asal bersama -sama.
# Silikon berlebihan: Mana -mana ruang yang tidak diisi oleh reaksi dipenuhi dengan logam silikon sisa.
Keputusan: Karbida silikon terikat reaksi (RBSC) atau karbida silikon silikon. Ia lebih padat daripada SSIC tetapi mengandungi silikon percuma 5-15%, yang menurunkan kekuatan suhu tinggi dan rintangan kimia berbanding SSIC.
3. Tekan panas
Kaedah ini menghasilkan ketumpatan dan kekuatan tertinggi tetapi lebih mahal dan terhad kepada bentuk mudah.
# Proses: serbuk sic (dengan alat bantu sintering) dimasukkan ke dalam mati, biasanya diperbuat daripada grafit.
# Haba dan tekanan serentak: Die dipanaskan pada suhu sintering (~ 1900 ° C - 2000 ° C) sementara pada masa yang sama menggunakan tekanan uniaxial yang sangat tinggi (puluhan MPa).
# Manfaat: Gabungan pemacu haba dan tekanan pemacu lebih berkesan dan pada suhu yang lebih rendah daripada sintering tanpa tekanan.
Keputusan: Silicon Carbide (HPSIC). Ia mempunyai ciri -ciri mekanikal yang unggul tetapi biasanya dihasilkan sebagai bentuk mudah seperti plat atau blok yang memerlukan pemesinan berikutnya dengan alat berlian.
Langkah Akhir: Pemesinan
Selepas sintering, komponen itu berhampiran dengan bentuk terakhirnya tetapi sering memerlukan pemesinan ketepatan. Kerana SIC sangat keras (9.5 pada skala Mohs, dekat dengan Diamond), ini hanya boleh dilakukan dengan menggunakan roda atau alat pengisaran berlian.
Ringkasnya, membuat seramik karbida silikon adalah proses pelbagai langkah yang melibatkan sintesis pertama serbuk ultra-keras dan kemudian menggunakan teknik suhu tinggi yang khusus untuk menyebarkannya ke dalam bahan kejuruteraan yang kuat dan tahan lama.
Anda mungkin suka: Komponen Seramik Zirkonia, Seramik
