Silizio karburozko (SiC) zeramikak aspalditik erabili izan dira hainbat fabrikazio-arlo aurreratutan, gogortasun handia, erresistentzia handia, hedapen termiko koefiziente txikia, eroankortasun termiko handia, egonkortasun kimiko ona, kolpe termikoarekiko erresistentzia bikaina eta oxidazioarekiko erresistentzia direla eta. Silizio karburozko zeramikaren aipatutako ezaugarriez gain, silizio karburozko zeramika porotsuek, beren egitura mikroskopiko porotsu bereziarekin, aplikazio-aukera zabalak dituzte metalurgian, ingeniaritza kimikoan, ingurumen-babesean eta energian bezalako arloetan, silizio karburozko zeramiken aplikazio-eremua asko zabalduz.
Ezaugarri bereziak.silizio karburozko zeramika porotsuabatez ere haien egitura porotsu bereziaren onura ateratzen dute, eta horrek porositatea, poroen tamaina eta banaketa, eta poroen forma, etab. barne hartzen ditu. Beraz, beharrezkoa da haren porositatea, poroen tamaina eta banaketa, baita poroen forma ere, prestaketa-metodoaren bidez erregulatzea, nahi den egitura porotsua lortzeko. Horregatik, haren prestaketa-metodoa beti izan da jendearen ikerketaren ardatza. Artikulu honek, batez ere, azken urteotan etxean eta atzerrian silizio karburozko zeramika porotsuen prestaketa-metodoetan egindako ikerketa-aurrerapena aztertzen du.
1. Metodo fisikoa
Metodo fisikoak zeramika porotsuetan dauden hutsuneak prestaketa prozesuan zehar gertatzen diren fenomeno fisikoen ondorioz sortzen direla adierazten du, erreakzio kimikorik edo substantzia berririk sortu gabe. Mekanismo nagusia egitura porotsu bat eratzea da, substantzia solidoen uzkurdura termikoak, fase likidoaren lurrunketak eta fase solidoaren sublimazio zuzenak uzten dituzten hutsuneetan oinarrituta. Metodo ohikoenen artean, partikula pilatze metodoa, izozte-lehortze metodoa, sol-gel metodoa eta abar daude. Azken urteotan sortu den 3D inprimaketa teknologia ere erabil daiteke egitura porotsuak zuzenean inprimatzeko eta prestatzeko.
1.1 Partikulak pilatzeko metodoa
Partikula-paketatze sinterizazio metodoa da silizio karburo porotsuko zeramikak prestatzeko modurik errazena. Metodo honen printzipioa zeramika partikulen sinterizazio-errendimendua erabiltzea da SiC partikula desberdinen artean sinterizazio-lepoak sortzeko, eta horrela partikulen metaketa ahalbidetzen du zeramika porotsuak sortzeko. Sinterizazio-tenperatura jaisteko, urtze-puntu baxuagoa duen aglutinatzaile kantitate jakin bat gehitzen da normalean SiC partikula desberdinen arteko lotura bat sortzeko. Partikula-paketatze sinterizazio metodoko poro guztiak SiC partikulen arteko paketatze-tarteetatik eraldatzen direnez, amaitutako zeramika porotsuaren porositatea eta poroen tamaina kontrola daitezke hautsaren tamaina, aglutinatzailearen mota eta gehikuntza-kopurua eta sinterizazio-parametroak aldatuz.
Silizio karburozko zeramika porotsuak partikula-pilaketa metodoaren bidez prestatzeak ez du poroak sortzen dituzten agente gehigarririk behar. Prozesua sinplea eta nahiko erraza da kontrolatzen. Hala ere, metodo honekin prestatutako zeramika porotsuen porositatea, oro har, baxua da. Poroen forma, poroen tamaina eta porositatea batez ere lehengaien partikulen formak, partikula-tamainak eta banaketak zehazten dituzte, baita sinterizazio-mailak ere.
1.2 Liofilizazio-lehortze metodoa
Liofilizazio-lehorketa metodo bat da, non zeramikazko agregatuak urarekin edo disolbatzaile organikoekin uniformeki nahasten diren, dispertsatzaile edo aglutinatzaile kopuru egoki baten aurrean, nahasketa bat osatzeko. Ondoren, ondo nahastutako nahasketa molde batean isurtzen da eta azkar izozten da tenperatura baxuetan, fase likidoko matrizea azkar solido bihurtzen utziz. Ondoren, solidotutako fase solidoa sublimatu eta presioa murrizteko edo hutsean lehortzeko tratamendu baten bidez kentzen da. Metodo honek gorputz berde bat lortzea du helburu, norabidez antolatutako poro-egiturak dituena nahasketaren barruan, eta azkenik sinterizatzea silizio karburozko zeramika porotsuak ekoizteko.
1.3 3D inprimatzeko metodoa
Silizio karburozko zeramika porotsuak prestatzeko 3D inprimaketa metodoa azken urteotan garatu den prestaketa prozesu mota berri bat da. Prozesu hau ordenagailuaren laguntzarekin diseinatutako hiru dimentsioko datu eredu batean oinarritzen da. Inprimaketa buruaren bidez, aglutinatzailea ihinztatzen da lehengai hautsa geruzaz geruza pilatzeko hiru dimentsioko sare egitura batean. 3D inprimaketaren eta erreakzio sinterizazio prozesuen konbinazioak molde gabeko fabrikazioa eta forma konplexuko zeramikak ia tamaina garbian eratzea lor dezake.
Silizio karburozko zeramika porotsuak prestatzeko 3D inprimaketa metodoak eraketa prozesu sinplea, prestaketa eta prozesatzeko eraginkortasun handia eta moldeen beharrik ez du. Ez bakarrik forma konplexuko, mikroegitura uniformeko eta poroen arteko konexio ona duten silizio karburozko zeramika porotsuak prestatzeko erabil daiteke, baizik eta zeramika porotsuen porositatea eta poroen tamaina kontrolatu eta doi daitezke. Hala ere, metodo hau oraindik ikerketa esploratzaile fasean dago, eta prozesuaren parametroak gehiago optimizatu behar dira oraindik. Gainera, metodo honekin zaila da erresistentzia handiko silizio karburozko zeramika porotsuak urrats bakarrean prestatzea. Beste prozesu batzuen laguntza behar du nahi diren produktuak ekoizteko, eta horrek kostu nahiko handiak ditu.
1.4 Aparra sortzea
Apar-moldeaketa metodoak zeramikazko gorputz berdeari edo aurrekariari gasa edo substantziak gehitzea dakar, ondorengo prozesamenduaren bidez gasa sor dezaketenak, eta ondoren sinterizatzea silizio karburozko zeramika porotsuak lortzeko. Beste prestaketa-metodo batzuek ez bezala, apar-metodoa prozesu eraginkorra da zelula itxiko zeramikak prestatzeko.
2. Metodo kimikoa
Metodo kimikoak zeramika porotsuetan silizio karburozko egitura porotsua gatz ez-organikoen edo gehitutako substantzia organikoen deskonposizio edo erreakzioaren bidez sortzen dela adierazten du, jatorrizko posizioetan hutsuneak utziz. Silizio karburozko zeramika porotsuak prestatzeko metodo kimiko ohikoenen artean daude poroak sortzen dituen agentea gehitzeko metodoa, apar organikoaren inpregnazio metodoa eta txantiloi biologikoaren metodoa, etab.
2.1 Apar organikoaren inpregnazioa
Apar organikoa inpregnatzeko metodoak apar organikoa txantiloi gisa erabiltzea dakar, prestatutako zeramikazko nahasketa txantiloian uniformeki estaltzea edo txantiloia nahasketan murgiltzea airea kanporatzeko, nahasketa apar organikozko txantiloiari uniformeki itsasten zaiola ziurtatuz. Ondoren, lehortzearen eta tenperatura altuko sinterizazioaren bidez, txantiloi organikoa kentzen da, eta horrela zeramika porotsuak lortzen dira.
Metodo honen eragozpen nabarmenena da ezin dituela poro txikiko porositate itxiko produktuak ekoitzi. Forma mugatua da eta preformaren errendimendua lehengaien eragin handia du. Prestatutako material zeramiko porotsuen dentsitatea eta erresistentzia ere zailak dira kontrolatzen.
2.2 Poroak sortzen dituzten agenteak gehitzeko metodoa
Silizio karburozko zeramika porotsuak prestatzeko, poro-eragileak gehituz, silizio karburozko hautsari edo aurrekariei poro-eragileak gehitzea dakar, eta ondoren poro-eragileak ondorengo prozesuen bidez kentzea. Ondorioz, poro-eragileek hasieran okupatzen zituzten posizioek poroak sortzen dituzte, eta ondoren berotzea eta sinterizazioa egiten dira zeramika porotsuak sortzeko. Beraz, poro-eragileen mota eta dosia aldatzeak zeramika porotsu amaituaren porositatea, poroen morfologia, poroen tamaina eta banaketa erraz kontrola ditzake. Poro-eragileen motak oso zabalak dira, polimero organiko naturalak edo sintetikoak, likidoak, gatzak, zeramikak edo beste hauts batzuk, etab. barne. Poro-eragile desberdinen kentzeko prozesuak aldatu egiten dira. Polimero organikoen poro-eragileak normalean berotze eta deskonposizio bidez kentzen dira, poro-eragile likidoak kristalizazio eta sublimazio bidez ken daitezke, gatzak ur-iragazketa bidez ken daitezke, eta zeramika-hautsak disoluzio-iragazketa egoki baten bidez ken daitezke.
2.3 Txantiloi Biologikoaren Metodoa
Biomaterialen poro mikroskopikoen egitura nabarmen desberdina da material sintetikoena baino. Bere egitura berezia dela eta, organismoak txantiloi gisa erabiliz egitura antzekoak dituzten material zeramiko porotsuak prestatzeak arreta handia jaso du [10]. Txantiloi biologikoaren metodoak eta apar organikoaren inpregnazio-metodoak antzekotasunak dituzte. Apar organikoaren inpregnazio-metodoak belaki artifiziala erabiltzen du txantiloi gisa, eta txantiloi biologikoaren metodoak, berriz, organismo naturalak erabiltzen ditu txantiloi gisa.
Silizio karburozko zeramika porotsuak prestatzeko txantiloi biologikoaren metodoak prozesu sinplearen eta kostu txikiaren abantailak ditu. Forma konplexuko zeramikak ekoiztu ditzake eta material biologiko naturalen egitura neurri handienean errepikatu dezake. Hala ere, txantiloi biologikoa pitzatzeko joera du tenperatura altuko karbonizazio prozesuan, eta horrek eragin handia du silizio karburozko zeramika porotsuen propietate mekanikoetan. Gainera, prestatutako silizio karburozko zeramika porotsuen poro-egitura batez ere txantiloi biologikoaren beraren mikroegituraren araberakoa da, eta bere diseinu-gaitasuna eskasa da. Horrez gain, metodo honek desabantaila batzuk ere baditu, hala nola SiC-ren bihurketa-eraginkortasun nahiko baxua, SiC erreakzio-geruzaren askapen erraza eta prestaketa-ziklo luzea.
Argitaratze data: 2025eko uztailak 22