Карбідкрэмніевая (SiC) кераміка ўжо даўно шырока выкарыстоўваецца ў розных галінах перадавой вытворчасці дзякуючы сваёй высокай цвёрдасці, высокай трываласці, малому каэфіцыенту цеплавога пашырэння, высокай цеплаправоднасці, добрай хімічнай стабільнасці, выдатнай устойлівасці да тэрмічных удараў і акіслення. Акрамя вышэйзгаданых характарыстык карбідкрэмніевай керамікі, сітаватая карбідкрэмніевая кераміка з яе ўнікальнай мікраскапічнай сітаватай структурай мае шырокія перспектывы прымянення ў такіх галінах, як металургія, хімічная тэхналогія, ахова навакольнага асяроддзя і энергетыка, значна пашыраючы сферу прымянення карбідкрэмніевай керамікі.
Асаблівыя ўласцівасціпорыстая карбід-крэмніевая керамікау асноўным выйграюць ад сваёй унікальнай сітаватай структуры, якая ўключае сітаватасць, памер і размеркаванне пор, форму пор і г.д. Такім чынам, неабходна рэгуляваць яго сітаватасць, памер і размеркаванне пор, а таксама форму пор з дапамогай метаду падрыхтоўкі, каб атрымаць патрэбную сітаватую структуру. Такім чынам, метад іх падрыхтоўкі заўсёды быў у цэнтры ўвагі даследаванняў людзей. У гэтым артыкуле ў асноўным разглядаецца прагрэс даследаванняў у метадах падрыхтоўкі сітаватай карбідкрэмніевай керамікі ў краіне і за мяжой за апошнія гады.
1. Фізічны метад
Фізічны метад адносіцца да таго факту, што пустэчы ў сітаватай карбід-крэмніевай кераміцы ўзнікаюць у выніку шэрагу фізічных з'яў падчас працэсу падрыхтоўкі, без узнікнення хімічных рэакцый або ўтварэння новых рэчываў. Асноўны механізм заключаецца ў фарміраванні сітаватай структуры шляхам выкарыстання пустэч, якія ўтвараюцца ў выніку цеплавога сціскання цвёрдых рэчываў, выпарэння вадкай фазы і непасрэднай сублімацыі цвёрдай фазы. Распаўсюджаныя метады ўключаюць метад стэкінгу часціц, метад сублімацыі, золь-гель метад і г.д. Тэхналогія 3D-друку, якая з'явілася ў апошнія гады, таксама можа быць выкарыстана для непасрэднага друку і падрыхтоўкі сітаватых структур.
1.1 Метад кладкі часціц
Метад спякання з упакоўкай часціц — гэта найпрасцейшы спосаб атрымання порыстай карбід-крэмніевай керамікі. Прынцып гэтага метаду заключаецца ў выкарыстанні здольнасці саміх керамічных часціц да спякання для ўтварэння спякальных шыек паміж рознымі часціцамі SiC, што дазваляе назапашванню часціц утвараць порыстую кераміку. Для зніжэння тэмпературы спякання звычайна дадаюць пэўную колькасць звязальнага рэчыва з больш нізкай тэмпературай плаўлення, каб утварыць злучэнне паміж рознымі часціцамі SiC. Паколькі ўсе поры ў метадзе спякання з упакоўкай часціц трансфармуюцца з упакаваных прамежкаў паміж часціцамі SiC, порыстасць і памер пор гатовай порыстай керамікі можна кантраляваць, змяняючы памер парашка, тып і колькасць дададзенага звязальнага рэчыва, а таксама параметры спякання.
Атрыманне порыстай карбід-крэмніевай керамікі метадам кладкі часціц не патрабуе дадання дадатковых пораўтваральных агентаў. Працэс просты і адносна лёгка кантралюецца. Аднак порыстасць порыстай керамікі, атрыманай гэтым метадам, звычайна нізкая. Форма, памер пор і порыстасць пор у асноўным вызначаюцца формай, памерам часціц і размеркаваннем часціц сыравіны, а таксама ступенню спякання.
1.2 Метад сублімацыі
Сублімацыйная сушка — гэта метад, які ўключае раўнамернае змешванне керамічных агрэгатаў з вадой або арганічнымі растваральнікамі ў прысутнасці адпаведнай колькасці дысперсантаў або звязальных рэчываў для ўтварэння суспензіі. Затым добра змяшаная суспензія выліваецца ў форму і хутка замарожваецца пры нізкіх тэмпературах, што дазваляе вадкай фазе матрыцы хутка застыць у цвёрдае рэчыва. Пасля гэтага зацвярдзелая цвёрдая фаза сублімуецца і выдаляецца шляхам зніжэння ціску або вакуумнай сушкі. Метад атрымання сырога цела з накіравана размешчанымі порамі, якія застаюцца ўнутры суспензіі, і, нарэшце, яго спякання для атрымання сітаватай карбід-крэмніевай керамікі.
1.3 Метад 3D-друку
Метад 3D-друку для падрыхтоўкі порыстай карбід-крэмніевай керамікі — гэта новы тып працэсу падрыхтоўкі, які быў распрацаваны ў апошнія гады. Гэты працэс абапіраецца на трохмерную мадэль дадзеных, распрацаваную з дапамогай камп'ютара. Праз друкавальную галоўку злучнае рэчыва распыляецца, каб пласт за пластом укладваць парашок сыравіны ў трохмерную сеткавую структуру. Спалучэнне працэсаў 3D-друку і рэакцыйнага спякання дазваляе дасягнуць вытворчасці без формы і фармавання керамікі складанай формы амаль да памеру сеткі.
Метад 3D-друку для атрымання порыстай карбід-крэмніевай керамікі адрозніваецца простым працэсам фармавання, высокай эфектыўнасцю падрыхтоўкі і апрацоўкі, а таксама адсутнасцю неабходнасці ў формах. Ён можа быць выкарыстаны не толькі для атрымання порыстай карбід-крэмніевай керамікі са складанымі формамі, аднастайнымі мікраструктурамі і добрай сувяззю пор, але і для кантролю і рэгулявання порыстасці і памеру пор порыстай керамікі. Аднак гэты метад усё яшчэ знаходзіцца на стадыі даследавання, і параметры працэсу патрабуюць далейшай аптымізацыі. Акрамя таго, гэты метад складаны для атрымання высокатрывалай порыстай карбід-крэмніевай керамікі за адзін этап. Для атрымання патрэбных прадуктаў патрабуецца дапамога іншых працэсаў, што спалучаецца з адносна высокімі выдаткамі.
1.4 Пенявылучэнне
Метад фармавання з пенапластам прадугледжвае даданне газу або рэчываў, якія могуць вылучаць газ падчас наступнай апрацоўкі, да керамічнага сырога вырабу або папярэдніка, а затым яго спяканне для атрымання сітаватай карбідкрэмніевай керамікі. У адрозненне ад іншых метадаў падрыхтоўкі, метад фармавання з пенапластам з'яўляецца эфектыўным працэсам атрымання керамікі з закрытымі порамі.
2. Хімічны метад
Хімічны метад азначае, што сітаватая структура ў сітаватай карбід-крэмніевай кераміцы ўтвараецца ў выніку раскладання або рэакцыі неарганічных соляў або дададзеных арганічных рэчываў, пакідаючы вакансіі ў зыходных пазіцыях. Распаўсюджаныя хімічныя метады атрымання сітаватай карбід-крэмніевай керамікі ўключаюць метад дадання пораўтваральнага агента, метад прапіткі арганічнай пенай і метад біялагічнага шаблону і г.д.
2.1 Арганічная пенапластавая прапітка
Метад прапіткі арганічнай пенай прадугледжвае выкарыстанне арганічнай пены ў якасці шаблону, раўнамернае нанясенне падрыхтаванай керамічнай суспензіі на шаблон або апусканне шаблону ў суспензію для выдалення паветра, што забяспечвае раўнамернае прыліпанне суспензіі да шаблону з арганічнай пены. Затым, шляхам сушкі і спякання пры высокай тэмпературы, арганічны шаблон выдаляецца, у выніку чаго атрымліваецца сітаватая кераміка.
Найбольш істотным недахопам гэтага метаду з'яўляецца тое, што ён не здольны вырабляць вырабы з дробнымі порамі і закрытай сітаватасцю. Форма абмежаваная, а характарыстыкі загатоўкі значна залежаць ад сыравіны. Шчыльнасць і трываласць падрыхтаваных сітаватых керамічных матэрыялаў таксама цяжка кантраляваць.
2.2 Спосаб дадання пораўтваральных агентаў
Атрыманне порыстай карбід-крэмніевай керамікі шляхам дадання пораўтваральных агентаў прадугледжвае даданне пораўтваральных агентаў да парашка або папярэднікаў карбіду крэмнію, а затым выдаленне пораўтваральных агентаў праз наступныя працэсы. У выніку пазіцыі, першапачаткова займаныя пораўтваральнымі агентамі, утвараюць поры, а затым праводзяцца награванне і спяканне для ўтварэння порыстай керамікі. Такім чынам, змяненне тыпу і дазоўкі пораўтваральных агентаў можа зручна кантраляваць порыстасць, марфалогію пор, памер пор і размеркаванне гатовай порыстай керамікі. Тыпы пораўтваральных агентаў вельмі шырокія, у тым ліку натуральныя або сінтэтычныя арганічныя палімеры, вадкасці, солі, керамічныя або іншыя парашкі і г.д. Працэсы выдалення розных пораўтваральных агентаў адрозніваюцца. Арганічныя палімерныя пораўтваральныя агенты звычайна выдаляюцца награваннем і раскладаннем, вадкія пораўтваральныя агенты могуць быць выдалены крышталізацыяй і сублімацыяй, солі могуць быць выдалены вадзяной фільтрацыяй, а керамічныя парашкі могуць быць выдалены адпаведнай фільтрацыяй раствора.
2.3 Метад біялагічных шаблонаў
Мікраскапічная структура пор у біяматэрыялах істотна адрозніваецца ад структуры сінтэтычных матэрыялаў. Дзякуючы сваёй унікальнай структуры, падрыхтоўка порыстых керамічных матэрыялаў з падобнымі структурамі з выкарыстаннем арганізмаў у якасці шаблонаў атрымала шырокую ўвагу [10]. Метад біялагічных шаблонаў і метад прапіткі арганічнай пены маюць падабенства. Метад прапіткі арганічнай пены выкарыстоўвае штучную губку ў якасці шаблона, у той час як метад біялагічнага шаблону выкарыстоўвае натуральныя арганізмы ў якасці шаблона.
Метад біялагічнага шаблону для атрымання порыстай карбід-крэмніевай керамікі мае перавагі прастаты працэсу і нізкай кошту. Ён дазваляе вырабляць кераміку складанай формы і ў максімальнай ступені паўтарае структуру прыродных біялагічных матэрыялаў. Аднак біялагічны шаблон схільны да расколін падчас працэсу высокатэмпературнай карбанізацыі, што істотна ўплывае на механічныя ўласцівасці порыстай карбід-крэмніевай керамікі. Акрамя таго, структура пор падрыхтаванай порыстай карбід-крэмніевай керамікі ў асноўным залежыць ад мікраструктуры самога біялагічнага шаблону, і яе канструктыўнасць нізкая. Акрамя таго, гэты метад мае і некаторыя недахопы, такія як адносна нізкая эфектыўнасць пераўтварэння SiC, лёгкае адслойванне рэакцыйнага пласта SiC і працяглы цыкл падрыхтоўкі.
Час публікацыі: 22 ліпеня 2025 г.