Sinterización por reacción
A sinterización por reaccióncerámica de carburo de silicioO proceso de produción inclúe a compactación cerámica, a compactación do axente de infiltración de fluxo de sinterización, a preparación do produto cerámico de sinterización por reacción, a preparación da cerámica de madeira de carburo de silicio e outros pasos.
Boquilla de carburo de silicio para sinterización por reacción
En primeiro lugar, un 80-90 % de po cerámico (composto por un ou dous pós depo de carburo de silicioe po de carburo de boro), un 3-15 % de po de fonte de carbono (composto por un ou dous elementos: negro de carbono e resina fenólica) e un 5-15 % de axente de moldeo (resina fenólica, polietilenglicol, hidroximetilcelulosa ou parafina) mestúranse uniformemente usando un muíño de bolas para obter un po mesturado, que se seca por pulverización e se granula, e logo se prensa nun molde para obter un compacto cerámico con varias formas específicas.
En segundo lugar, mestúranse uniformemente entre o 60 e o 80 % de po de silicio, o 3-10 % de po de carburo de silicio e o 37-10 % de po de nitruro de boro e prémense nun molde para obter un compacto de axente de infiltración de fluxo de sinterización.
O compacto cerámico e o compacto infiltrante sinterizado apílanse entón xuntos e a temperatura elévase a 1450-1750 ℃ nun forno de baleiro cun grao de baleiro non inferior a 5 × 10-1 Pa para a sinterización e a conservación térmica durante 1-3 horas para obter un produto cerámico sinterizado por reacción. O residuo infiltrante na superficie da cerámica sinterizada elimínase mediante golpes para obter unha lámina cerámica densa e mantense a forma orixinal do compacto.
Finalmente, adóptase o proceso de sinterización por reacción, é dicir, o silicio líquido ou unha aliaxe de silicio con actividade de reacción a alta temperatura infíltrase na peza cerámica porosa que contén carbono baixo a acción da forza capilar e reacciona co carbono que contén para formar carburo de silicio, que se expandirá en volume, e os poros restantes énchense de silicio elemental. A peza cerámica porosa pode ser carbono puro ou material composto a base de carburo de silicio/carbono. O primeiro obtense mediante curado catalítico e pirolización dunha resina orgánica, un formador de poros e un disolvente. O segundo obtense mediante pirolización de partículas de carburo de silicio/materiais compostos a base de resina para obter materiais compostos a base de carburo de silicio/carbono, ou utilizando α-SiC e po de carbono como materiais de partida e utilizando un proceso de prensado ou moldeo por inxección para obter o material composto.
Sinterización sen presión
O proceso de sinterización sen presión do carburo de silicio pódese dividir en sinterización en fase sólida e sinterización en fase líquida. Nos últimos anos, a investigación sobrecerámica de carburo de siliciotanto no país como no estranxeiro centrouse principalmente na sinterización en fase líquida. O proceso de preparación da cerámica é: moenda de bólas de materiais mixtos -> granulación por pulverización -> prensado en seco -> solidificación de corpo verde -> sinterización ao baleiro.
Produtos de carburo de silicio sinterizado sen presión
Engadir ao muíño de bolas de 96 a 99 partes de po ultrafino de carburo de silicio (50-500 nm), de 1 a 2 partes de po ultrafino de carburo de boro (50-500 nm), de 0,2 a 1 parte de nanoboruro de titanio (30-80 nm), de 10 a 20 partes de resina fenólica soluble en auga e de 0,1 a 0,5 partes de dispersante de alta eficiencia para moer e mesturar durante 24 horas, e colocar a mestura nun barril de mestura para axitala durante 2 horas para eliminar as burbullas da mestura.
A mestura anterior pulverízase na torre de granulación e obtense o po de granulación con boa morfoloxía de partículas, boa fluidez, rango de distribución de partículas estreito e humidade moderada controlando a presión de pulverización, a temperatura de entrada de aire, a temperatura de saída de aire e o tamaño das partículas da folla de pulverización. A conversión de frecuencia centrífuga é de 26-32, a temperatura de entrada de aire é de 250-280 ℃, a temperatura de saída de aire é de 100-120 ℃ e a presión de entrada da lama é de 40-60.
O po de granulación anterior colócase nun molde de carburo cementado para prensalo e obter un corpo verde. O método de prensado é de presión bidireccional e a tonelaxe de presión da máquina-ferramenta é de 150-200 toneladas.
O corpo verde prensado colócase nun forno de secado para secar e curar para obter un corpo verde con boa resistencia do corpo verde.
O corpo verde curado anterior colócase nuncrisol de grafitoe dispostos de forma próxima e ordenada, e despois o crisol de grafito co corpo verde colócase nun forno de sinterización ao baleiro a alta temperatura para a súa cocción. A temperatura de cocción é de 2200-2250 ℃ e o tempo de illamento é de 1-2 horas. Finalmente, obtéñense cerámicas de carburo de silicio sinterizadas sen presión de alto rendemento.
Sinterización en fase sólida
O proceso de sinterización sen presión do carburo de silicio pódese dividir en sinterización en fase sólida e sinterización en fase líquida. A sinterización en fase líquida require a adición de aditivos de sinterización, como aditivos binarios e ternarios de Y2O3, para que o SiC e os seus materiais compostos presenten sinterización en fase líquida e logren a densificación a unha temperatura máis baixa. O método de preparación das cerámicas de carburo de silicio sinterizadas en fase sólida inclúe a mestura de materias primas, a granulación por pulverización, o moldeo e a sinterización ao baleiro. O proceso de produción específico é o seguinte:
Colócanse nun mesturador entre o 70 e o 90 % de carburo de silicio α submicrónico (200-500 nm), o 0,1-5 % de carburo de boro, o 4-20 % de resina e o 5-20 % de aglutinante orgánico e engádeselles auga pura para mesturar en húmido. Despois de 6-48 horas, a suspensión mesturada pásase por un peneiro de malla de 60-120;
A lama peneirada granúlase por pulverización a través dunha torre de granulación por pulverización. A temperatura de entrada da torre de granulación por pulverización é de 180-260 ℃ e a temperatura de saída é de 60-120 ℃; a densidade aparente do material granulado é de 0,85-0,92 g/cm3, a fluidez é de 8-11 s/30 g; o material granulado peneirase a través dunha peneira de malla de 60-120 para o seu uso posterior;
Seleccione un molde segundo a forma desexada do produto, cargue o material granulado na cavidade do molde e realice un moldeo por compresión a temperatura ambiente a unha presión de 50-200 MPa para obter un corpo verde; ou coloque o corpo verde despois do moldeo por compresión nun dispositivo de prensado isostático, realice un prensado isostático a unha presión de 200-300 MPa e obteña un corpo verde despois do prensado secundario;
Coloque o corpo verde preparado nos pasos anteriores nun forno de sinterización ao baleiro para a súa sinterización, e o cualificado é a cerámica a proba de balas de carburo de silicio acabada; no proceso de sinterización anterior, primeiro baleire o forno de sinterización e, cando o grao de baleiro alcance 3-5 × 10-2. Despois de Pa, o gas inerte pásase ao forno de sinterización a presión normal e logo quéntese. A relación entre a temperatura de quecemento e o tempo é: temperatura ambiente a 800 ℃, 5-8 horas, conservación térmica durante 0,5-1 hora, de 800 ℃ a 2000-2300 ℃, 6-9 horas, conservación térmica durante 1 a 2 horas e logo arrefríe co forno e deixe que se deixe baixar á temperatura ambiente.
Microestrutura e límite de gran de carburo de silicio sinterizado a presión normal
En resumo, as cerámicas fabricadas mediante o proceso de sinterización por prensado en quente teñen un mellor rendemento, pero o custo de produción tamén aumenta considerablemente; as cerámicas preparadas mediante sinterización sen presión requiren maiores materias primas, unha alta temperatura de sinterización, grandes cambios de tamaño do produto, un proceso complexo e un baixo rendemento; os produtos cerámicos producidos mediante o proceso de sinterización por reacción teñen alta densidade, bo rendemento antibalístico e un custo de preparación relativamente baixo. Os distintos procesos de preparación de sinterización de cerámicas de carburo de silicio teñen as súas propias vantaxes e desvantaxes, e os escenarios de aplicación tamén serán diferentes. A mellor política é elixir o método de preparación axeitado segundo o produto e atopar un equilibrio entre o baixo custo e o alto rendemento.
Data de publicación: 29 de outubro de 2024