As cerámicas de carburo de silicio (SiC) levan moito tempo sendo amplamente utilizadas en diversos campos de fabricación avanzada debido á súa alta dureza, alta resistencia, pequeno coeficiente de expansión térmica, alta condutividade térmica, boa estabilidade química, excelente resistencia ao choque térmico e resistencia á oxidación. Ademais das características mencionadas anteriormente das cerámicas de carburo de silicio, as cerámicas porosas de carburo de silicio, coa súa estrutura porosa microscópica única, teñen amplas perspectivas de aplicación en campos como a metalurxia, a enxeñaría química, a protección ambiental e a enerxía, o que amplía enormemente o ámbito de aplicación das cerámicas de carburo de silicio.
As propiedades especiais decerámica porosa de carburo de siliciobenefícianse principalmente da súa estrutura porosa única, que inclúe a porosidade, o tamaño e a distribución dos poros e a forma dos poros, etc. Polo tanto, é necesario regular a súa porosidade, o tamaño e a distribución dos poros, así como a forma dos poros mediante o método de preparación para obter a estrutura porosa desexada. Polo tanto, o seu método de preparación sempre foi o foco da investigación das persoas. Este artigo revisa principalmente os progresos da investigación nos métodos de preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio no país e no estranxeiro nos últimos anos.
1. Método físico
O método físico refírese ao feito de que os ocos nas cerámicas porosas de carburo de silicio son causados por unha serie de fenómenos físicos durante o proceso de preparación, sen que se produzan reaccións químicas nin se xeren novas substancias. O mecanismo principal é formar unha estrutura porosa baseándose nos ocos deixados pola contracción térmica das substancias sólidas, a evaporación da fase líquida e a sublimación directa da fase sólida. Os métodos comúns inclúen o método de apilamento de partículas, o método de liofilización, o método sol-xel, etc. A tecnoloxía de impresión 3D que xurdiu nos últimos anos tamén se pode usar para imprimir e preparar directamente estruturas porosas.
1.1 Método de apilamento de partículas
O método de sinterización por empaquetamento de partículas é a forma máis sinxela de preparar cerámicas porosas de carburo de silicio. O principio deste método é utilizar o rendemento de sinterización das propias partículas cerámicas para formar colos de sinterización entre diferentes partículas de SiC, o que permite a acumulación de partículas para formar cerámicas porosas. Para baixar a temperatura de sinterización, adoita engadirse unha certa cantidade de aglutinante cun punto de fusión máis baixo para formar unha conexión entre diferentes partículas de SiC. Dado que todos os poros do método de sinterización por empaquetamento de partículas se transforman a partir dos ocos de empaquetamento entre as partículas de SiC, a porosidade e o tamaño dos poros da cerámica porosa acabada pódense controlar cambiando o tamaño do po, o tipo e a cantidade de aglutinante aditivada e os parámetros de sinterización.
A preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio mediante o método de apilamento de partículas non require a adición de axentes formadores de poros adicionais. O proceso é sinxelo e relativamente doado de controlar. Non obstante, a porosidade das cerámicas porosas preparadas con este método é xeralmente baixa. A forma, o tamaño dos poros e a porosidade dos poros están determinados principalmente pola forma, o tamaño das partículas e a distribución das partículas da materia prima, así como polo grao de sinterización.
1.2 Método de liofilización
A liofilización é un método que consiste en mesturar uniformemente agregados cerámicos con auga ou solventes orgánicos en presenza dunha cantidade axeitada de dispersantes ou aglutinantes para formar unha suspensión. Despois, a suspensión ben mesturada vértese nun molde e conxélase rapidamente a baixas temperaturas, o que permite que a matriz en fase líquida solidifique rapidamente nun sólido. Posteriormente, a fase sólida solidificada sublímase e elimínase mediante un tratamento de redución da presión ou de secado ao baleiro. O método consiste en obter un corpo verde con estruturas de poros dispostas direccionalmente dentro da suspensión e, finalmente, sinterizalo para producir cerámica porosa de carburo de silicio.
1.3 Método de impresión 3D
O método de impresión 3D para a preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio é un novo tipo de proceso de preparación que se desenvolveu nos últimos anos. Este proceso baséase nun modelo de datos tridimensionais deseñado coa axuda de ordenadores. A través do cabezal de impresión, o aglutinante pulverízase para apilar o po de materia prima capa por capa nunha estrutura de rede tridimensional. A combinación dos procesos de impresión 3D e sinterización por reacción pode lograr unha fabricación sen moldes e a formación de cerámicas de formas complexas con tamaño case neto.
O método de impresión 3D para a preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio presenta un proceso de conformado sinxelo, unha alta eficiencia de preparación e procesamento e non precisa de moldes. Non só se pode usar para preparar cerámicas porosas de carburo de silicio con formas complexas, microestruturas uniformes e boa conectividade de poros, senón que tamén a porosidade e o tamaño dos poros das cerámicas porosas son controlables e axustables. Non obstante, este método aínda está en fase de investigación exploratoria na actualidade e os parámetros do proceso aínda necesitan ser optimizados. Ademais, este método dificulta a preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio de alta resistencia nun só paso. Require a axuda doutros procesos para producir os produtos desexados, o que supón custos relativamente elevados.
1.4 Formación de escuma
O método de moldeo por escuma implica engadir gas ou substancias que poden xerar gas mediante un procesamento posterior ao corpo cerámico verde ou precursor, e logo sinterizalo para obter cerámica porosa de carburo de silicio. A diferenza doutros métodos de preparación, o método de escuma é un proceso eficaz para preparar cerámica de células pechadas.
2. Método químico
O método químico refírese ao feito de que a estrutura porosa nas cerámicas porosas de carburo de silicio se forma pola descomposición ou reacción de sales inorgánicas ou substancias orgánicas engadidas, deixando vacantes nas posicións orixinais. Os métodos químicos comúns para preparar cerámicas porosas de carburo de silicio inclúen o método de adición de axente formador de poros, o método de impregnación de escuma orgánica e o método de molde biolóxico, etc.
2.1 Impregnación de escuma orgánica
O método de impregnación de escuma orgánica implica o uso de escuma orgánica como molde, recubrindo uniformemente a pasta cerámica preparada sobre o molde ou mergullando o molde na pasta para expulsar o aire, garantindo que a pasta se adhira uniformemente ao molde de escuma orgánica. Despois, mediante secado e sinterización a alta temperatura, elimínase o molde orgánico, obtendo así cerámica porosa.
A desvantaxe máis significativa deste método é que non permite producir produtos de porosidade pechada con poros pequenos. A forma é restrinxida e o rendemento da preforma vese moi afectado polas materias primas. A densidade e a resistencia dos materiais cerámicos porosos preparados tamén son difíciles de controlar.
2.2 O método de adición de axentes formadores de poros
A preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio mediante a adición de axentes formadores de poros implica engadir axentes formadores de poros ao po ou precursores de carburo de silicio e, a continuación, eliminar os axentes formadores de poros mediante procesos posteriores. Como resultado, as posicións que ocupaban orixinalmente os axentes formadores de poros forman poros e, a continuación, realízase o quecemento e a sinterización para formar cerámicas porosas. Polo tanto, o cambio do tipo e a dosificación dos axentes formadores de poros pode controlar convenientemente a porosidade, a morfoloxía dos poros, o tamaño dos poros e a distribución das cerámicas porosas acabadas. Os tipos de axentes formadores de poros son moi extensos, incluíndo polímeros orgánicos naturais ou sintéticos, líquidos, sales, cerámicas ou outros pos, etc. Os procesos de eliminación dos diferentes axentes formadores de poros varían. Os axentes formadores de poros de polímeros orgánicos adoitan eliminarse mediante quecemento e descomposición, os axentes formadores de poros líquidos poden eliminarse mediante cristalización e sublimación, os sales poden eliminarse mediante filtración de auga e os pos cerámicos poden eliminarse mediante filtración en solución axeitada.
2.3 Método do modelo biolóxico
A estrutura microscópica dos poros nos biomateriais é significativamente diferente da dos materiais sintéticos. Debido á súa estrutura única, a preparación de materiais cerámicos porosos con estruturas similares utilizando organismos como modelos recibiu ampla atención [10]. O método do modelo biolóxico e o método de impregnación de escuma orgánica comparten semellanzas. O método de impregnación de escuma orgánica utiliza unha esponxa artificial como modelo, mentres que o método do modelo biolóxico utiliza organismos naturais como modelo.
O método de molde biolóxico para a preparación de cerámicas porosas de carburo de silicio ten as vantaxes dun proceso sinxelo e baixo custo. Pode producir cerámicas con formas complexas e replicar a estrutura dos materiais biolóxicos naturais na maior medida posible. Non obstante, o molde biolóxico é propenso a rachar durante o proceso de carbonización a alta temperatura, o que ten un impacto significativo nas propiedades mecánicas das cerámicas porosas de carburo de silicio. Ademais, a estrutura dos poros das cerámicas porosas de carburo de silicio preparadas depende principalmente da microestrutura do propio molde biolóxico, e a súa capacidade de deseño é deficiente. Ademais, este método tamén ten algunhas desvantaxes, como unha eficiencia de conversión relativamente baixa do SiC, a facilidade de desprendemento da capa de reacción de SiC e un longo ciclo de preparación.
Data de publicación: 22 de xullo de 2025