Kísilkarbíð (SiC) keramik hefur lengi verið mikið notað í ýmsum háþróuðum framleiðslusviðum vegna mikillar hörku, mikils styrks, lítils varmaþenslustuðuls, mikillar varmaleiðni, góðs efnafræðilegs stöðugleika, framúrskarandi hitaáfallsþols og oxunarþols. Auk ofangreindra eiginleika kísilkarbíðkeramiksins, hefur porous kísilkarbíðkeramik, með einstakri smásjá porous uppbyggingu sinni, víðtæka notkunarmöguleika á sviðum eins og málmvinnslu, efnaverkfræði, umhverfisvernd og orku, sem eykur verulega notkunarsvið kísilkarbíðkeramiksins.
Sérstakir eiginleikarporous kísillkarbíð keramiknjóta aðallega góðs af einstakri gegndræpisbyggingu sinni, sem felur í sér gegndræpi, stærð og dreifingu pora, og lögun pora, o.s.frv. Þess vegna er nauðsynlegt að stjórna gegndræpi þeirra, stærð og dreifingu pora, sem og lögun pora með undirbúningsaðferðinni til að fá fram þá gegndræpu uppbyggingu sem óskað er eftir. Þess vegna hefur undirbúningsaðferð þeirra alltaf verið í brennidepli rannsókna fólks. Þessi grein fjallar aðallega um rannsóknarframfarir í undirbúningsaðferðum fyrir gegndræpt kísillkarbíðkeramik heima og erlendis á undanförnum árum.
1. Eðlisfræðileg aðferð
Eðlisfræðileg aðferð vísar til þess að holrými í porous kísilkarbíð keramik myndast vegna röð eðlisfræðilegra fyrirbæra við undirbúningsferlið, án þess að efnahvörf eigi sér stað eða ný efni myndist. Helsta aðferðin er að mynda porous uppbyggingu með því að reiða sig á holrými sem myndast við varmasamdrátt fastra efna, uppgufun vökvafasans og beina sublimeringu fasta fasans. Algengar aðferðir eru meðal annars agnauppbyggingaraðferð, frystþurrkunaraðferð, sol-gel aðferð o.s.frv. Þrívíddar prentunartækni sem hefur komið fram á undanförnum árum er einnig hægt að nota til að prenta beint og undirbúa porous uppbyggingu.
1.1 Aðferð við agnauppsöfnun
Sintrunaraðferðin með ögnum er einfaldasta leiðin til að búa til porous kísilkarbíð keramik. Meginreglan á bak við þessa aðferð er að nýta sintrunargetu keramikagnanna sjálfra til að mynda sintrunarhálsa milli mismunandi SiC agna, sem gerir ögnum kleift að safnast fyrir og mynda porous keramik. Til að lækka sintrunarhitastigið er venjulega bætt við ákveðnu magni af bindiefni með lægra bræðslumark til að mynda tengingu milli mismunandi SiC agna. Þar sem öll svigrúm í sintrunaraðferðinni með ögnum eru umbreytt úr pakkningarbilunum milli SiC agna, er hægt að stjórna porosity og porusstærð fullunninna porous keramik með því að breyta duftstærð, gerð og viðbótarmagn bindiefnisins og sintrunarbreytunum.
Undirbúningur á porous kísilkarbíð keramik með agnauppbyggingaraðferðinni krefst ekki viðbótar porumyndandi efna. Ferlið er einfalt og tiltölulega auðvelt að stjórna. Hins vegar er porosity porous keramik sem framleitt er með þessari aðferð almennt lágt. Lögun, porustærð og porosity poranna eru aðallega ákvörðuð af lögun, agnastærð og dreifingu hráefnisagnanna, sem og sintrunargráðu.
1.2 Frystiþurrkunaraðferð
Frystiþurrkun er aðferð sem felur í sér að blanda jafnt saman keramikefnum við vatn eða lífræn leysiefni í viðurvist viðeigandi magns af dreifiefnum eða bindiefnum til að mynda leðju. Síðan er vel blandaða leðjan hellt í mót og fryst hratt við lágt hitastig, sem gerir fljótandi fasagrunninum kleift að storkna hratt í fast efni. Í kjölfarið er storknuðu fasta fasinn undirhitaður og fjarlægður með þrýstingslækkun eða lofttæmingarþurrkun. Aðferðin felst í að fá grænt efni með stefnubundnum porubyggingum eftir inni í leðjunni og að lokum sintra það til að framleiða porous kísilkarbíðkeramik.
1.3 Þrívíddar prentunaraðferð
Þrívíddar prentunaraðferðin til að búa til porous kísilkarbíð keramik er ný tegund af framleiðsluferli sem hefur þróast á undanförnum árum. Þetta ferli byggir á þrívíddargagnalíkani sem hannað er með hjálp tölvuaðstoðar. Í gegnum prenthausinn er bindiefni úðað til að stafla hráefnisduftinu lag fyrir lag í þrívíddarnetbyggingu. Samsetning þrívíddar prentunar og viðbragðssintunarferla getur náð fram mótlausri framleiðslu og næstum nettóstærðar mótun flókinna keramiklaga.
Þrívíddar prentunaraðferðin til að búa til porous kísilkarbíðkeramik einkennist af einföldu mótunarferli, mikilli skilvirkni í undirbúningi og vinnslu og engri þörf fyrir mót. Hana er ekki aðeins hægt að nota til að búa til porous kísilkarbíðkeramik með flóknum formum, einsleitri örbyggingu og góðri tengingu við porur, heldur er einnig hægt að stjórna og stilla porousness og porustærð porous keramiksins. Hins vegar er þessi aðferð enn á rannsóknarstigi og ferlisbreyturnar þurfa enn að vera fínstilltar frekar. Að auki er þessi aðferð erfið til að búa til sterka porous kísilkarbíðkeramik í einu skrefi. Hún krefst aðstoðar annarra ferla til að framleiða tilætlaðar vörur, sem hefur í för með sér tiltölulega mikinn kostnað.
1.4 Froðumyndun
Froðumyndunaraðferðin felur í sér að bæta gasi eða efnum sem geta myndað gas við síðari vinnslu við keramikgræna hlutann eða forverann og síðan sintra hann til að fá porous kísilkarbíðkeramik. Ólíkt öðrum framleiðsluaðferðum er froðumyndunaraðferðin áhrifarík aðferð til að framleiða lokaðar frumukeramik.
2. Efnafræðileg aðferð
Efnafræðileg aðferð vísar til þess að porous uppbygging í porous kísilkarbíðkeramik myndast við niðurbrot eða efnahvarf ólífrænna salta eða viðbættra lífrænna efna, sem skilja eftir auð á upprunalegum stöðum. Algengar efnafræðilegar aðferðir til að búa til porous kísilkarbíðkeramik eru meðal annars aðferð til að bæta við porumyndandi efnum, aðferð til að gegndreypa lífrænt froðu og aðferð til að móta líffræðilega sniðmát, o.s.frv.
2.1 Lífræn froðugegndræping
Aðferðin við gegndreypingu með lífrænum froðu felur í sér að nota lífrænt froðu sem sniðmát, hjúpa tilbúna keramikblönduna jafnt á sniðmátið eða dýfa sniðmátinu í blönduna til að losa loft, og tryggja að blönduna festist jafnt við lífræna froðusniðmátið. Síðan, með þurrkun og háhitasintrun, er lífræna sniðmátið fjarlægt og þannig fæst porous keramik.
Helsti gallinn við þessa aðferð er að hún getur ekki framleitt vörur með smáum porum og lokuðum porum. Lögunin er takmörkuð og hráefnin hafa mikil áhrif á afköst forformsins. Þéttleiki og styrkur porous keramikefnanna sem eru tilbúin er einnig erfitt að stjórna.
2.2 Aðferð til að bæta við svitaholamyndandi efnum
Undirbúningur á porous kísilkarbíð keramik með því að bæta við porousmyndandi efnum felur í sér að bæta porousmyndandi efnum við kísilkarbíðduft eða forvera, og síðan fjarlægja porousmyndandi efnin með síðari ferlum. Þar af leiðandi mynda stöður sem upphaflega voru í porousmyndandi efnin porous, og síðan er hitun og sintrun framkvæmd til að mynda porous keramik. Þess vegna getur breyting á gerð og skömmtum porousmyndandi efna auðveldlega stjórnað porousness, porous formgerð, porous stærð og dreifingu fullunninna porous keramik. Tegundir porousmyndandi efna eru mjög fjölbreyttar, þar á meðal náttúruleg eða tilbúin lífræn fjölliður, vökvar, sölt, keramik eða önnur duft, o.s.frv. Fjarlægingarferli mismunandi porousmyndandi efna eru mismunandi. Lífræn fjölliða porousmyndandi efni eru venjulega fjarlægð með hitun og niðurbroti, fljótandi porousmyndandi efni er hægt að fjarlægja með kristöllun og sublimation, sölt er hægt að fjarlægja með vatnssíun og keramikduft er hægt að fjarlægja með viðeigandi lausnarsíun.
2.3 Líffræðileg sniðmátsaðferð
Smásjárlaga porubygging lífefna er verulega frábrugðin þeirri sem er í tilbúnum efnum. Vegna einstakrar uppbyggingar hefur framleiðsla á porous keramik efnum með svipaðri uppbyggingu með því að nota lífverur sem sniðmát vakið mikla athygli [10]. Líffræðilega sniðmátaaðferðin og lífræna froðugegndreypingaraðferðin eiga sér sameiginleg líkindi. Lífræna froðugegndreypingaraðferðin notar gervisvamp sem sniðmát, en líffræðilega sniðmátaaðferðin notar náttúrulegar lífverur sem sniðmát.
Líffræðileg sniðmátsaðferð til að búa til porous kísilkarbíðkeramik hefur þá kosti að vera einfalt ferli og lágt verð. Hún getur framleitt keramik með flóknum formum og getur endurtekið uppbyggingu náttúrulegra líffræðilegra efna í mestum mæli. Hins vegar er líffræðilega sniðmátið viðkvæmt fyrir sprungum við háhita kolefnismyndun, sem hefur veruleg áhrif á vélræna eiginleika porous kísilkarbíðkeramiksins. Þar að auki er porubygging framleiddra porous kísilkarbíðkeramiksins aðallega háð örbyggingu líffræðilega sniðmátsins sjálfs og hönnunarhæfni þess er léleg. Að auki hefur þessi aðferð einnig nokkra ókosti, svo sem tiltölulega lága umbreytingarnýtni SiC, auðvelda losun SiC hvarflagsins og langan undirbúningsferil.
Birtingartími: 22. júlí 2025