عملية تحضير سيراميك SiC

سيراميك كربيد السيليكونهي من بين المواد الأكثر استخداما على نطاق واسع في صناعة السيراميك الإنشائي. نظرًا لتمددها الحراري المنخفض نسبيًا، وقوتها النوعية العالية، والموصلية الحرارية العالية والصلابة، ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل، والأهم من ذلك، قدرتها على الحفاظ على الأداء الجيد حتى في درجات حرارة تصل إلى 1650 درجة مئوية، يتم استخدام سيراميك كربيد السيليكون على نطاق واسع في مختلف المجالات.

تتضمن طرق التلبيد الشائعة لسيراميك كربيد السيليكون ما يلي: التلبد بدون ضغط، وتلبد التفاعل، وتلبد إعادة البلورة.

1. كربيد التفاعل الملبد (RBSiC)

يتضمن تلبيد التفاعل خلط مصدر الكربون مع مسحوق كربيد السيليكون، وتشكيل مضغوط، ثم السماح للسيليكون السائل بالتسلل إلى المضغوط عند درجة حرارة عالية والتفاعل مع الكربون لتكوين β-SiC، وتحقيق التكثيف. إنه يعرض انكماشًا يقارب الصفر، مما يجعله مناسبًا للأجزاء الكبيرة والمعقدة. كما أنها تتميز بدرجة حرارة تلبيد منخفضة وتكلفة منخفضة، ولكن السيليكون الحر يمكن أن يقلل من أداء درجات الحرارة العالية.

يعتبر SiC الملبد بالتفاعل عبارة عن سيراميك هيكلي جذاب للغاية يتمتع بخصائص ميكانيكية ممتازة مثل القوة العالية ومقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة. علاوة على ذلك، فهي تتميز بدرجة حرارة تلبيد منخفضة، تكلفة تلبيد منخفضة، وتشكيل شكل شبه شبكي.

عملية تلبيد التفاعل بسيطة. أنها تنطوي على خلط مصدر الكربون ومسحوق كربيد السيليكون لتحضير الجسم الأخضر، ثم، تحت قوة شعرية عالية الحرارة، يتسلل السيليكون المنصهر إلى الجسم الأخضر المسامي. يتفاعل هذا السيليكون المنصهر مع مصدر الكربون داخل الجسم الأخضر ليشكل مرحلة β-SiC، والتي ترتبط في نفس الوقت بإحكام مع α-SiC الأصلي. يتم ملء المسام المتبقية بالسيليكون المنصهر، وبالتالي تحقيق تكثيف مادة السيراميك. أثناء التلبيد، يتم تقليل الحجم، مما يؤدي إلى تشكيل شكل شبه شبكي، مما يسمح بتصنيع أشكال معقدة حسب الحاجة. ولذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي لمختلف المنتجات الخزفية.

من حيث التطبيقات، فإن مواد أثاث الفرن ذات درجة الحرارة العالية، والأنابيب المشعة، والمبادلات الحرارية، وفوهات إزالة الكبريت هي تطبيقات نموذجية لسيراميك كربيد السيليكون الملبد بالتفاعل. علاوة على ذلك، نظرًا لانخفاض معامل التمدد الحراري لكربيد السيليكون، ومعامل المرونة العالي، وخصائص تشكيل الشكل القريب من الشبكة، فإن كربيد السيليكون الملبد بالتفاعل يعد أيضًا مادة مثالية للمرايا الفضائية. بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة حجم الرقاقة ودرجة حرارة المعالجة الحرارية، يحل كربيد السيليكون الملبد بالتفاعل محل زجاج الكوارتز تدريجيًا. يمكن إنتاج مكونات كربيد السيليكون عالية النقاء (SiC) التي تحتوي على طور سيليكون جزئي باستخدام مسحوق كربيد السيليكون عالي النقاء والسيليكون عالي النقاء. تُستخدم هذه المكونات على نطاق واسع في تركيبات الدعم لمعدات تصنيع أنابيب الإلكترون ورقائق أشباه الموصلات.

2. كربيد السيليكون الملبد بدون ضغط (SSiC)

ينقسم التلبيد بدون ضغط إلى تلبيد في الطور الصلب وتلبيد في الطور السائل: يحقق تلبيد الطور الصلب، مع إضافة إضافات B/C، تكثيف انتشار الطور الصلب عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى أداء جيد في درجات الحرارة العالية ولكن يؤدي إلى خشونة الحبوب. يستخدم تلبيد الطور السائل إضافات مثل Al2O3-Y2O3 لتكوين طور سائل، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة، مما يؤدي إلى حبيبات أكثر دقة وصلابة أعلى. هذه التكنولوجيا منخفضة التكلفة، وتسمح بأشكال مختلفة، ومناسبة للمكونات الهيكلية الدقيقة مثل حلقات الختم، والمحامل، والدروع المضادة للرصاص.

يعتبر التلبيد بدون ضغط من أكثر طرق التلبيد الواعدة لـ SiC. هذه الطريقة قابلة للتكيف مع عمليات التشكيل المختلفة، ولها تكاليف إنتاج أقل، ولا تقتصر على الشكل أو الحجم، وهي طريقة التلبيد الأكثر شيوعًا والأسهل للإنتاج الضخم.

يتضمن التلبيد بدون ضغط إضافة البورون والكربون إلى β-SiC الذي يحتوي على كميات ضئيلة من الأكسجين والتلبيد عند حوالي 2000 درجة مئوية في جو خامل للحصول على جسم متكلس من كربيد السيليكون بكثافة نظرية تبلغ 98%. تشتمل هذه الطريقة عمومًا على طريقتين: تلبيد الحالة الصلبة وتلبد الحالة السائلة. يُظهر كربيد السيليكون الملبد ذو الحالة الصلبة غير المضغوطة كثافة ونقاء عاليين، وعلى وجه الخصوص، يمتلك موصلية حرارية عالية فريدة وقوة ممتازة في درجات الحرارة العالية، مما يجعل من السهل معالجته في أجهزة سيراميك كبيرة الحجم ومعقدة الشكل.

منتجات كربيد السيليكون الملبدة بدون ضغط: (أ) الأختام الخزفية؛ (ب) محامل السيراميك؛ (ج) الصفائح المضادة للرصاص

فيما يتعلق بالتطبيقات، فإن التلبيد بدون ضغط لـ SiC سهل التشغيل، وفعال من حيث التكلفة إلى حد ما، ومناسب للإنتاج الضخم للأجزاء الخزفية ذات الأشكال المختلفة. يتم استخدامه على نطاق واسع في حلقات الختم المقاومة للتآكل والمقاومة للتآكل، والمحامل المنزلقة، وما إلى ذلك. علاوة على ذلك، يتم استخدام سيراميك كربيد السيليكون الملبد غير المضغوط على نطاق واسع في الدروع المضادة للرصاص، مثل حماية المركبات والسفن، وكذلك الخزائن المدنية والشاحنات المدرعة، بسبب صلابتها العالية، الجاذبية النوعية المنخفضة، الأداء الباليستي الجيد، القدرة على امتصاص المزيد من الطاقة بعد الكسر، والتكلفة المنخفضة. باعتبارها مادة مدرعة مضادة للرصاص، فإنها تظهر مقاومة ممتازة للصدمات المتعددة، وتأثيرها الوقائي الشامل يتفوق على سيراميك كربيد السيليكون العادي. عند استخدامه في الدرع الواقي الخزفي الأسطواني خفيف الوزن، يمكن أن تصل نقطة الكسر إلى أكثر من 65 طنًا، مما يدل على أداء وقائي أفضل بكثير من الدرع الواقي الخزفي الأسطواني الذي يستخدم سيراميك كربيد السيليكون العادي.

3. سيراميك SiC الملبد المعاد بلورته (R-SiC)

يتضمن تلبيد إعادة البلورة جزيئات SiC الخشنة والناعمة والمعالجة بدرجة حرارة عالية. تتبخر الجسيمات الدقيقة وتتكثف عند عنق الجسيمات الخشنة، لتشكل بنية تجسير بدون شوائب حدودية للحبيبات. المنتج لديه مسامية 10-20%، التوصيل الحراري الجيد ومقاومة الصدمات الحرارية، ولكن قوة منخفضة. ليس لديه انكماش في الحجم ومناسب لأثاث الفرن المسامي، إلخ.

لقد اجتذبت تقنية تلبيد إعادة البلورة اهتمامًا واسع النطاق لأنها لا تتطلب إضافة مساعدات التلبيد. يعد تلبيد إعادة البلورة الطريقة الأكثر شيوعًا لتحضير أجهزة سيراميك SiC واسعة النطاق وعالية النقاء. تتم عملية تحضير سيراميك SiC الملبد المعاد بلورته (R-SiC) على النحو التالي: يتم خلط مساحيق SiC الخشنة والناعمة ذات أحجام الجسيمات المختلفة بنسبة معينة ويتم تحضيرها في فراغات خضراء من خلال عمليات مثل الصب المنزلق والقولبة والبثق. بعد ذلك، يتم إطلاق الفراغات الخضراء عند درجة حرارة عالية تتراوح من 2200 إلى 2450 درجة مئوية تحت جو خامل. وأخيرًا، تتبخر الجسيمات الدقيقة تدريجيًا إلى مرحلة غازية وتتكثف عند نقاط التلامس مع الجسيمات الخشنة، لتشكل سيراميك R-SiC.

يتشكل R-SiC عند درجات حرارة عالية وله صلابة في المرتبة الثانية بعد الماس. إنه يحتفظ بالعديد من الخصائص الممتازة لـ SiC، مثل قوة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل القوية، ومقاومة الأكسدة الممتازة، ومقاومة الصدمات الحرارية الجيدة. ولذلك، فهي مادة مرشحة مثالية لأثاث الفرن ذو درجة الحرارة العالية، أو المبادلات الحرارية، أو فوهات الاحتراق. في مجال الطيران والمجالات العسكرية، يتم استخدام كربيد السيليكون المعاد بلورته لتصنيع المكونات الهيكلية للمركبات الفضائية، مثل المحركات وزعانف الذيل وجسم الطائرة. نظرًا لخصائصها الميكانيكية الفائقة، ومقاومتها للتآكل، ومقاومة الصدمات، يمكنها تحسين الأداء وعمر الخدمة للمركبات الفضائية بشكل كبير.

عروض Semicorex مخصصةمنتجات كربيد السيليكون. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.
هاتف الاتصال رقم +86-13567891907
البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com