Silikonkarbied (SiC) keramiek word al lank wyd gebruik in verskeie gevorderde vervaardigingsvelde as gevolg van hul hoë hardheid, hoë sterkte, klein termiese uitbreidingskoëffisiënt, hoë termiese geleidingsvermoë, goeie chemiese stabiliteit, uitstekende termiese skokweerstand en oksidasieweerstand. Benewens die bogenoemde eienskappe van silikonkarbied keramiek, het poreuse silikonkarbied keramiek, met hul unieke mikroskopiese poreuse struktuur, breë toepassingsvooruitsigte in velde soos metallurgie, chemiese ingenieurswese, omgewingsbeskerming en energie, wat die toepassingsgebied van silikonkarbied keramiek aansienlik uitbrei.
Die spesiale eienskappe vanporeuse silikonkarbied keramiektrek hoofsaaklik voordeel uit hul unieke poreuse struktuur, wat porositeit, poriegrootte en -verspreiding, en porievorm, ens. insluit. Daarom is dit nodig om die porositeit, poriegrootte en -verspreiding, sowel as die vorm van die porieë deur die voorbereidingsmetode te reguleer om die verlangde poreuse struktuur te verkry. Daarom was die voorbereidingsmetode nog altyd die fokus van mense se navorsing. Hierdie artikel hersien hoofsaaklik die navorsingsvordering in die voorbereidingsmetodes van poreuse silikonkarbiedkeramiek tuis en in die buiteland in onlangse jare.
1. Fisiese Metode
Die fisiese metode verwys na die feit dat die leemtes in poreuse silikonkarbied-keramiek veroorsaak word deur 'n reeks fisiese verskynsels tydens die voorbereidingsproses, sonder die voorkoms van chemiese reaksies of die generering van nuwe stowwe. Die hoofmeganisme is om 'n poreuse struktuur te vorm deur staat te maak op die leemtes wat agterbly deur die termiese sametrekking van vaste stowwe, die verdamping van die vloeibare fase en die direkte sublimasie van die vaste fase. Algemene metodes sluit in die deeltjiestapelmetode, vriesdroogmetode, sol-gel-metode, ens. Die 3D-druktegnologie wat in onlangse jare na vore gekom het, kan ook gebruik word om poreuse strukture direk te druk en voor te berei.
1.1 Deeltjiestapelmetode
Die deeltjiepakkings-sintermetode is die eenvoudigste manier om poreuse silikonkarbied-keramiek voor te berei. Die beginsel van hierdie metode is om die sinterprestasie van keramiekdeeltjies self te gebruik om sinterhalse tussen verskillende SiC-deeltjies te vorm, waardeur die deeltjie-akkumulasie moontlik gemaak word om poreuse keramiek te vorm. Om die sintertemperatuur te verlaag, word 'n sekere hoeveelheid bindmiddel met 'n laer smeltpunt gewoonlik bygevoeg om 'n verbinding tussen verskillende SiC-deeltjies te vorm. Aangesien al die porieë in die deeltjiepakkings-sintermetode getransformeer word uit die pakplekke tussen SiC-deeltjies, kan die porositeit en poriegrootte van die voltooide poreuse keramiek beheer word deur die poeiergrootte, die tipe en bygevoegde hoeveelheid van die bindmiddel, en die sinterparameters te verander.
Die voorbereiding van poreuse silikonkarbied-keramiek deur die deeltjiestapelmetode vereis nie die byvoeging van addisionele porievormende middels nie. Die proses is eenvoudig en relatief maklik om te beheer. Die porositeit van poreuse keramiek wat deur hierdie metode voorberei word, is egter oor die algemeen laag. Die vorm, poriegrootte en porositeit van die porieë word hoofsaaklik bepaal deur die vorm, deeltjiegrootte en verspreiding van die grondstofdeeltjies, sowel as die sinteringsgraad.
1.2 Vriesdroogmetode
Vriesdroging is 'n metode wat die eenvormige meng van keramiekaggregate met water of organiese oplosmiddels in die teenwoordigheid van 'n gepaste hoeveelheid dispergeermiddels of bindmiddels behels om 'n slurry te vorm. Dan word die goed gemengde slurry in 'n vorm gegooi en vinnig by lae temperature gevries, wat die vloeibare fasematriks vinnig in 'n vaste stof laat stol. Daarna word die gestolde vaste fase gesublimeer en verwyder deur drukvermindering of vakuumdroging. Die metode word gebruik om 'n groen liggaam met gerig gerangskikte poriestrukture binne die slurry te verkry en dit uiteindelik te sinter om poreuse silikonkarbiedkeramiek te produseer.
1.3 3D-drukmetode
Die 3D-drukmetode vir die voorbereiding van poreuse silikonkarbied-keramiek is 'n nuwe tipe voorbereidingsproses wat die afgelope paar jaar ontwikkel het. Hierdie proses maak staat op 'n driedimensionele datamodel wat met behulp van rekenaarbystand ontwerp is. Deur die drukkop word die bindmiddel gespuit om die rou materiaalpoeier laag vir laag in 'n driedimensionele netwerkstruktuur te stapel. Die kombinasie van 3D-drukwerk en reaksiesinterprosesse kan vormvrye vervaardiging en byna netto-grootte vorming van komplekse keramiek bewerkstellig.
Die 3D-drukmetode vir die voorbereiding van poreuse silikonkarbiedkeramiek beskik oor 'n eenvoudige vormingsproses, hoë voorbereidings- en verwerkingsdoeltreffendheid, en geen behoefte aan vorms nie. Dit kan nie net gebruik word om poreuse silikonkarbiedkeramiek met komplekse vorms, eenvormige mikrostrukture en goeie poriekonnektiwiteit voor te berei nie, maar ook die porositeit en poriegrootte van die poreuse keramiek is beheerbaar en verstelbaar. Hierdie metode is egter tans nog in die verkennende navorsingsfase, en die prosesparameters moet nog verder geoptimaliseer word. Boonop is hierdie metode moeilik om hoësterkte poreuse silikonkarbiedkeramiek in een stap voor te berei. Dit vereis die hulp van ander prosesse om die verlangde produkte te produseer, wat relatief hoë koste meebring.
1.4 Skuimvorming
Die skuimvormingsmetode behels die byvoeging van gas of stowwe wat gas kan genereer deur daaropvolgende verwerking tot die keramiekgroen liggaam of voorloper, en dan die sintering daarvan om poreuse silikonkarbiedkeramiek te verkry. Anders as ander voorbereidingsmetodes, is die skuimvormingsmetode 'n effektiewe proses vir die voorbereiding van geslote-selkeramiek.
2. Chemiese Metode
Die chemiese metode verwys na die feit dat die poreuse struktuur in poreuse silikonkarbiedkeramiek gevorm word deur die ontbinding of reaksie van anorganiese soute of bygevoegde organiese stowwe, wat vakatures in die oorspronklike posisies laat. Algemene chemiese metodes vir die voorbereiding van poreuse silikonkarbiedkeramiek sluit in die porievormende middel-toevoegingsmetode, organiese skuimimpregneringsmetode en biologiese sjabloonmetode, ens.
2.1 Organiese Skuimimpregnasie
Die organiese skuim-impregneringsmetode behels die gebruik van organiese skuim as 'n sjabloon, die egalige bedekking van die voorbereide keramiek-slurry op die sjabloon of die onderdompeling van die sjabloon in die slurry om lug uit te dryf, wat verseker dat die slurry egalig aan die organiese skuim-sjabloon kleef. Dan, deur droging en hoëtemperatuur-sintering, word die organiese sjabloon verwyder, waardeur poreuse keramiek verkry word.
Die grootste nadeel van hierdie metode is dat dit nie produkte met klein porieë en geslote porositeit kan produseer nie. Die vorm is beperk en die werkverrigting van die voorvorm word grootliks beïnvloed deur die grondstowwe. Die digtheid en sterkte van die voorbereide poreuse keramiekmateriale is ook moeilik om te beheer.
2.2 Die metode vir die byvoeging van porievormende middels
Die voorbereiding van poreuse silikonkarbied-keramiek deur die byvoeging van porievormende middels behels die byvoeging van porievormende middels tot silikonkarbiedpoeier of voorlopers, en dan die verwydering van die porievormende middels deur daaropvolgende prosesse. Gevolglik vorm die posisies wat oorspronklik deur die porievormende middels beset is, porieë, en dan word verhitting en sintering uitgevoer om poreuse keramiek te vorm. Daarom kan die verandering van die tipe en dosis porievormende middels die porositeit, poriemorfologie, poriegrootte en verspreiding van die voltooide poreuse keramiek gerieflik beheer. Die tipes porievormende middels is baie uitgebreid, insluitend natuurlike of sintetiese organiese polimere, vloeistowwe, soute, keramiek of ander poeiers, ens. Die verwyderingsprosesse van verskillende porievormende middels wissel. Organiese polimeer-porievormende middels word gewoonlik verwyder deur verhitting en ontbinding, vloeibare porievormende middels kan verwyder word deur kristallisasie en sublimasie, soute kan verwyder word deur waterfiltrasie, en keramiekpoeiers kan verwyder word deur toepaslike oplossingfiltrasie.
2.3 Biologiese Template Metode
Die mikroskopiese poriestruktuur in biomateriale verskil aansienlik van dié in sintetiese materiale. As gevolg van sy unieke struktuur, het die voorbereiding van poreuse keramiekmateriale met soortgelyke strukture met behulp van organismes as sjablone wydverspreide aandag gekry [10]. Die biologiese sjabloonmetode en die organiese skuimimpregneringsmetode deel ooreenkomste. Die organiese skuimimpregneringsmetode gebruik kunsmatige spons as die sjabloon, terwyl die biologiese sjabloonmetode natuurlike organismes as die sjabloon gebruik.
Die biologiese sjabloonmetode vir die voorbereiding van poreuse silikonkarbiedkeramiek het die voordele van 'n eenvoudige proses en lae koste. Dit kan keramiek met komplekse vorms produseer en die struktuur van natuurlike biologiese materiale tot die grootste mate herhaal. Die biologiese sjabloon is egter geneig tot krake tydens die hoëtemperatuur-karboniseringsproses, wat 'n beduidende impak op die meganiese eienskappe van poreuse silikonkarbiedkeramiek het. Boonop hang die poriestruktuur van die voorbereide poreuse silikonkarbiedkeramiek hoofsaaklik af van die mikrostruktuur van die biologiese sjabloon self, en die ontwerpbaarheid daarvan is swak. Daarbenewens het hierdie metode ook 'n paar nadele, soos relatief lae omskakelingsdoeltreffendheid van SiC, maklike afskilfering van die SiC-reaksielaag en 'n lang voorbereidingssiklus.
Plasingstyd: 22 Julie 2025