Silikon karbid (SiC) keramikası yüksək sərtliyi, yüksək möhkəmliyi, kiçik istilik genişlənmə əmsalı, yüksək istilik keçiriciliyi, yaxşı kimyəvi stabilliyi, əla istilik zərbəsinə davamlılığı və oksidləşmə müqaviməti səbəbindən uzun müddətdir ki, müxtəlif qabaqcıl istehsal sahələrində geniş istifadə olunur. Silikon karbid keramikasının yuxarıda qeyd olunan xüsusiyyətlərinə əlavə olaraq, özünəməxsus mikroskopik məsaməli quruluşuna malik məsaməli silikon karbid keramikası metallurgiya, kimya mühəndisliyi, ətraf mühitin mühafizəsi və enerji kimi sahələrdə geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir və bu da silikon karbid keramikasının tətbiq dairəsini xeyli genişləndirir.
Xüsusi xüsusiyyətləriməsaməli silikon karbid keramikaəsasən məsaməlilik, məsamə ölçüsü və paylanması, məsamə forması və s. daxil olmaqla unikal məsaməli quruluşlarından faydalanırlar. Buna görə də, istənilən məsaməli quruluşu əldə etmək üçün hazırlama üsulu ilə onun məsaməliliyini, məsamə ölçüsünü və paylanmasını, eləcə də məsamələrin formasını tənzimləmək lazımdır. Buna görə də, onun hazırlama üsulu həmişə insanların tədqiqatlarının diqqət mərkəzində olub. Bu məqalədə əsasən son illərdə evdə və xaricdə məsaməli silikon karbid keramikasının hazırlama üsulları sahəsində aparılan tədqiqatların irəliləyişi nəzərdən keçirilir.
1. Fiziki Metod
Fiziki metod, məsaməli silikon karbid keramikasında boşluqların kimyəvi reaksiyaların baş verməməsi və ya yeni maddələrin əmələ gəlməsi olmadan hazırlama prosesi zamanı bir sıra fiziki hadisələr nəticəsində yarandığı faktına aiddir. Əsas mexanizm bərk maddələrin istilik daralması, maye fazanın buxarlanması və bərk fazanın birbaşa sublimasiyası nəticəsində qalan boşluqlara əsaslanaraq məsaməli bir struktur yaratmaqdır. Ümumi metodlara hissəciklərin yığılması metodu, dondurma-qurutma metodu, sol-gel metodu və s. daxildir. Son illərdə ortaya çıxan 3D çap texnologiyası məsaməli strukturları birbaşa çap etmək və hazırlamaq üçün də istifadə edilə bilər.
1.1 Hissəciklərin yığılması üsulu
Hissəciklərin qablaşdırılması ilə sinterləmə üsulu məsaməli silikon karbid keramikasının hazırlanmasının ən sadə yoludur. Bu metodun prinsipi, müxtəlif SiC hissəcikləri arasında sinterləmə boyunları yaratmaq üçün keramika hissəciklərinin özlərinin sinterləmə performansından istifadə etmək və bununla da hissəciklərin toplanması nəticəsində məsaməli keramika əmələ gətirməkdir. Sinterləmə temperaturunu aşağı salmaq üçün adətən müxtəlif SiC hissəcikləri arasında əlaqə yaratmaq üçün daha aşağı ərimə nöqtəsinə malik müəyyən miqdarda bağlayıcı əlavə olunur. Hissəciklərin qablaşdırılması ilə sinterləmə üsulundakı bütün məsamələr SiC hissəcikləri arasındakı qablaşdırma boşluqlarından çevrildiyindən, hazır məsaməli keramikanın məsaməliliyi və məsamə ölçüsü toz ölçüsünü, bağlayıcının növünü və əlavə miqdarını və sinterləmə parametrlərini dəyişdirməklə idarə oluna bilər.
Məsaməli silikon karbid keramikasının hissəcik yığma üsulu ilə hazırlanması əlavə məsamə əmələ gətirən maddələrin əlavə edilməsini tələb etmir. Proses sadədir və idarə etmək nisbətən asandır. Lakin, bu üsulla hazırlanmış məsaməli keramikaların məsaməliliyi ümumiyyətlə aşağıdır. Məsamələrin forması, məsamə ölçüsü və məsaməliliyi əsasən xammal hissəciklərinin forması, hissəcik ölçüsü və paylanması, eləcə də sinterləşmə dərəcəsi ilə müəyyən edilir.
1.2 Dondurma-qurutma üsulu
Dondurma ilə qurutma, keramika aqreqatlarının su və ya üzvi həlledicilərlə müvafiq miqdarda dispersant və ya bağlayıcı maddələrin iştirakı ilə bərabər şəkildə qarışdırılaraq məhlul əmələ gətirməsini əhatə edən bir üsuldur. Daha sonra yaxşı qarışdırılmış məhlul qəlibə tökülür və aşağı temperaturda sürətlə dondurulur, bu da maye faza matrisinin tez bir zamanda bərkiməsinə imkan verir. Daha sonra bərkimiş bərk faza sublimasiya edilir və təzyiqin azaldılması və ya vakuum qurutma emalı yolu ilə çıxarılır. Məhlulun içərisində qalan istiqamətli düzülmüş məsaməli strukturları olan yaşıl bir cisim əldə etmək və nəhayət məsaməli silikon karbid keramika istehsal etmək üçün sinterləşdirmək üsuludur.
1.3 3D Çap Metodu
Məsaməli silikon karbid keramikasının hazırlanması üçün 3D çap üsulu son illərdə inkişaf etmiş yeni bir hazırlama prosesi növüdür. Bu proses kompüter köməyi ilə hazırlanmış üçölçülü məlumat modelinə əsaslanır. Çap başlığı vasitəsilə bağlayıcı püskürdülür və xammal tozu təbəqə-təbəqə üçölçülü şəbəkə strukturuna yığılır. 3D çap və reaksiya sinterləmə proseslərinin birləşməsi mürəkkəb formalı keramikaların qəlibsiz istehsalına və tor ölçüsünə yaxın formalaşdırılmasına nail ola bilər.
Məsaməli silikon karbid keramika hazırlamaq üçün 3D çap üsulu sadə formalaşdırma prosesinə, yüksək hazırlama və emal səmərəliliyinə və qəliblərə ehtiyac olmamasına malikdir. Bu üsul yalnız mürəkkəb formalara, vahid mikrostrukturlara və yaxşı məsamə bağlantısına malik məsaməli silikon karbid keramika hazırlamaq üçün istifadə edilə bilməz, həm də məsaməli keramikanın məsaməliliyi və məsamə ölçüsü idarə oluna və tənzimlənə bilər. Lakin, bu üsul hazırda hələ də tədqiqat mərhələsindədir və proses parametrləri hələ də daha da optimallaşdırılmalıdır. Bundan əlavə, bu üsul yüksək möhkəmlikli məsaməli silikon karbid keramikasını bir addımda hazırlamaq çətindir. İstədiyiniz məhsulları istehsal etmək üçün digər proseslərin köməyi tələb olunur ki, bu da nisbətən yüksək xərclər tələb edir.
1.4 Köpüklənmə
Köpüklənmə qəlibləmə üsulu, keramika yaşıl gövdəsinə və ya prekursoruna sonrakı emal yolu ilə qaz yarada bilən qaz və ya maddələrin əlavə edilməsini və sonra məsaməli silikon karbid keramika əldə etmək üçün sinterləşdirilməsini əhatə edir. Digər hazırlama üsullarından fərqli olaraq, köpüklənmə üsulu qapalı hüceyrəli keramika hazırlamaq üçün təsirli bir prosesdir.
2. Kimyəvi Metod
Kimyəvi metod, məsaməli silikon karbid keramikasında məsaməli strukturun qeyri-üzvi duzların və ya əlavə edilmiş üzvi maddələrin parçalanması və ya reaksiyası nəticəsində əmələ gəlməsi və boşluqların orijinal mövqelərində qalması faktına aiddir. Məsaməli silikon karbid keramikasının hazırlanması üçün ümumi kimyəvi üsullara məsamə əmələ gətirən maddə əlavə etmə metodu, üzvi köpük hopdurma metodu və bioloji şablon metodu və s. daxildir.
2.1 Üzvi Köpüklə Emprenye
Üzvi köpük hopdurma metodu, üzvi köpüyü şablon kimi istifadə etməyi, hazırlanmış keramika məhlulunu şablonun üzərinə bərabər şəkildə örtməyi və ya şablonu məhlula batıraraq havanı xaric etməyi, məhlulun üzvi köpük şablonuna bərabər şəkildə yapışmasını təmin etməyi əhatə edir. Daha sonra qurutma və yüksək temperaturda sinterləmə yolu ilə üzvi şablon çıxarılır və bununla da məsaməli keramika əldə edilir.
Bu metodun ən əhəmiyyətli çatışmazlığı, kiçik məsaməli qapalı məsaməli məhsullar istehsal edə bilməməsidir. Forma məhduddur və hazırlama materialının işinə xammal böyük təsir göstərir. Hazırlanmış məsaməli keramika materiallarının sıxlığı və möhkəmliyi də idarə etmək çətindir.
2.2 Məsamə əmələ gətirən maddələrin əlavə edilməsi üsulu
Məsamə əmələ gətirən maddələr əlavə etməklə məsaməli silikon karbid keramikasının hazırlanması, məsamə əmələ gətirən maddələrin silikon karbid tozuna və ya prekursorlarına əlavə edilməsini və sonra məsamə əmələ gətirən maddələrin sonrakı proseslər vasitəsilə çıxarılmasını əhatə edir. Nəticədə, məsamə əmələ gətirən maddələrin əvvəlcə tutduğu mövqelər məsamə əmələ gətirir, sonra məsaməli keramika əmələ gətirmək üçün qızdırma və sinterləmə aparılır. Buna görə də, məsamə əmələ gətirən maddələrin növünü və dozasını dəyişdirmək, hazır məsaməli keramikanın məsaməliliyini, məsamə morfologiyasını, məsamə ölçüsünü və paylanmasını rahatlıqla idarə edə bilər. Məsamə əmələ gətirən maddələrin növləri çox genişdir, o cümlədən təbii və ya sintetik üzvi polimerlər, mayelər, duzlar, keramika və ya digər tozlar və s. Müxtəlif məsamə əmələ gətirən maddələrin çıxarılması prosesləri müxtəlifdir. Üzvi polimer məsamə əmələ gətirən maddələr adətən qızdırma və parçalanma yolu ilə, maye məsamə əmələ gətirən maddələr kristallaşma və sublimasiya yolu ilə, duzlar su filtrasiyası ilə, keramika tozları isə müvafiq məhlul filtrasiyası ilə çıxarıla bilər.
2.3 Bioloji Şablon Metodu
Biomateriallardakı mikroskopik məsamə quruluşu sintetik materiallardakından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlidir. Unikal quruluşuna görə, orqanizmləri şablon kimi istifadə edərək oxşar quruluşa malik məsaməli keramika materiallarının hazırlanması geniş diqqət çəkmişdir [10]. Bioloji şablon metodu və üzvi köpük hopdurma metodu oxşarlıqlar paylaşır. Üzvi köpük hopdurma metodu süni süngərdən şablon kimi, bioloji şablon metodu isə təbii orqanizmlərdən şablon kimi istifadə edir.
Məsaməli silikon karbid keramika hazırlamaq üçün bioloji şablon metodunun sadə proses və aşağı qiymət üstünlükləri var. Mürəkkəb formalı keramika istehsal edə bilər və təbii bioloji materialların strukturunu ən böyük dərəcədə təkrarlaya bilər. Lakin, bioloji şablon yüksək temperaturlu karbonlaşma prosesi zamanı çatlamağa meyllidir ki, bu da məsaməli silikon karbid keramikasının mexaniki xüsusiyyətlərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Bundan əlavə, hazırlanmış məsaməli silikon karbid keramikasının məsamə quruluşu əsasən bioloji şablonun özünün mikrostrukturundan asılıdır və onun dizayn qabiliyyəti zəifdir. Bundan əlavə, bu metodun SiC-nin nisbətən aşağı çevrilmə səmərəliliyi, SiC reaksiya təbəqəsinin asanlıqla tökülməsi və uzun hazırlıq dövrü kimi bəzi çatışmazlıqları da var.
Yazı vaxtı: 22 iyul 2025