Siliziumkarbid (SiC) Keramik gëtt zënter laangem a verschiddene Beräicher vun der fortgeschrattener Produktioun wäit verbreet agesat wéinst hirer héijer Häert, héijer Festigkeit, klengem Wärmeausdehnungskoeffizient, héijer Wärmeleitfäegkeet, gudder chemescher Stabilitéit, exzellenter Wärmeschockbeständegkeet an Oxidatiounsbeständegkeet. Zousätzlech zu den uewe genannten Eegeschafte vun der Siliziumkarbid Keramik huet poréis Siliziumkarbid Keramik, mat hirer eenzegaarteger mikroskopesch poröser Struktur, breet Uwendungsperspektiven a Beräicher wéi Metallurgie, chemescher Ingenieurswiesen, Ëmweltschutz an Energie, wat den Uwendungsberäich vun der Siliziumkarbid Keramik däitlech erweidert.
Déi speziell Eegeschafte vunporös Siliziumkarbidkeramikprofitéieren haaptsächlech vun hirer eenzegaarteger poröser Struktur, déi Porositéit, Poregréisst a -verdeelung, a Poreform, etc. enthält. Dofir ass et néideg, hir Porositéit, Poregréisst a -verdeelung, souwéi d'Form vun de Poren duerch d'Virbereedungsmethod ze reguléieren, fir déi gewënschte porös Struktur ze kréien. Dofir war seng Virbereedungsmethod ëmmer de Fokus vun der Fuerschung. Dësen Artikel iwwerpréift haaptsächlech de Fuerschungsfortschrëtt bei de Virbereedungsmethoden vu poröser Siliziumcarbidkeramik am In- an Ausland an de leschte Joren.
1. Physikalesch Method
Déi physikalesch Method bezitt sech op d'Tatsaach, datt d'Lächer an der poröser Siliziumcarbidkeramik duerch eng Serie vu physikalesche Phänomener während dem Virbereedungsprozess verursaacht ginn, ouni datt chemesch Reaktiounen oder d'Generatioun vun neie Substanzen optrieden. Den Haaptmechanismus ass d'Bildung vun enger poröser Struktur andeems se sech op d'Lächer stëtzt, déi duerch d'thermesch Kontraktioun vu feste Substanzen, d'Verdampfung vun der flësseger Phas an déi direkt Sublimatioun vun der fester Phas hannerlooss ginn. Zu de gängege Methode gehéieren d'Partikelstapelmethod, d'Gefriertrocknungsmethod, d'Sol-Gel-Method, etc. Déi 3D-Drécktechnologie, déi an de leschte Jore entstanen ass, kann och benotzt ginn, fir poréis Strukturen direkt ze drécken an ze preparéieren.
1.1 Method fir d'Stapelung vu Partikelen
D'Partikelpackungssintermethod ass déi einfachst Method fir poréis Siliziumcarbidkeramik ze preparéieren. De Prinzip vun dëser Method ass d'Sinterleistung vun de Keramikpartikelen selwer ze benotzen, fir Sinterhalsen tëscht verschiddene SiC-Partikelen ze bilden, wouduerch d'Partikelakkumulatioun zu poréiser Keramik erméiglecht gëtt. Fir d'Sintertemperatur ze senken, gëtt normalerweis eng gewëssen Quantitéit u Bindemittel mat engem méi niddrege Schmelzpunkt bäigefüügt, fir eng Verbindung tëscht verschiddene SiC-Partikelen ze bilden. Well all d'Poren an der Partikelpackungssintermethod aus de Packungslücken tëscht de SiC-Partikelen transforméiert ginn, kann d'Porositéit an d'Poregréisst vun der fäerdeger poréiser Keramik kontrolléiert ginn, andeems d'Pulvergréisst, den Typ an d'Zousazquantitéit vum Bindemittel, an d'Sinterparameter geännert ginn.
D'Virbereedung vu porösen Siliziumcarbid-Keramik mat der Partikelstapelmethod erfuerdert keen Zousaz vun zousätzleche porenbildenden Agenten. De Prozess ass einfach a relativ liicht ze kontrolléieren. D'Porositéit vu porösen Keramikmaterial, deen mat dëser Method hiergestallt gëtt, ass awer am Allgemengen niddreg. D'Form, d'Poregréisst an d'Porositéit vun de Poren ginn haaptsächlech duerch d'Form, d'Partikelgréisst an d'Verdeelung vun de Rohmaterialpartikelen, souwéi de Grad vum Sintern, bestëmmt.
1.2 Gefriertrocknungsmethod
Gefriertrocknung ass eng Method, bei där Keramikaggregater gläichméisseg mat Waasser oder organesche Léisungsmëttel a Präsenz vun enger entspriechender Quantitéit un Dispergéiermëttel oder Bindemittel vermëscht ginn, fir e Schlamm ze bilden. Duerno gëtt de gutt gemëschte Schlamm an eng Form gegoss a séier bei niddregen Temperaturen agefruer, wouduerch d'Flëssegkeetsphasematrix séier zu engem Feststoff verstäerkt ka ginn. Duerno gëtt déi verstäerkt Festphas subliméiert an duerch Drockreduktioun oder Vakuumtrocknung ewechgeholl. D'Method fir e grénge Kierper mat geriicht arrangéierte Porenstrukturen am Schlamm ze kréien an en schliisslech ze sinteren, fir poréis Siliziumcarbidkeramik ze produzéieren.
1.3 3D-Dréckmethod
D'3D-Dréckmethod fir d'Virbereedung vu porösen Siliziumcarbid-Keramik ass eng nei Aart vu Virbereedungsprozess, déi sech an de leschte Jore entwéckelt huet. Dëse Prozess baséiert op engem dräidimensionalen Datenmodell, dat mat Hëllef vu Computerunterstëtzung entwéckelt gouf. Iwwer den Dréckkapp gëtt de Bindemittel gesprëtzt, fir de Rohmaterialpulver Schicht fir Schicht zu enger dräidimensionaler Netzwierkstruktur ze stapelen. D'Kombinatioun vum 3D-Dréck a Reaktiounssinterprozesser kann eng formfräi Fabrikatioun an eng bal Nettogréisstformung vu komplex geformte Keramik erreechen.
D'3D-Dréckmethod fir d'Virbereedung vu poröser Siliziumcarbid-Keramik weist e einfache Formprozess, eng héich Virbereedungs- a Veraarbechtungseffizienz an et brauch een keng Formen. Si kann net nëmme benotzt ginn fir porös Siliziumcarbid-Keramik mat komplexe Formen, eenheetleche Mikrostrukturen a gudder Porenverbindung ze preparéieren, mä och d'Porositéit an d'Poregréisst vun der poröser Keramik sinn kontrolléierbar an justierbar. Dës Method ass awer nach an der explorativer Fuerschungsphase, an d'Prozessparameter mussen nach weider optimiséiert ginn. Zousätzlech ass et mat dëser Method schwéier, héichfest porös Siliziumcarbid-Keramik an engem Schrëtt ze preparéieren. Si erfuerdert d'Hëllef vun anere Prozesser fir déi gewënschte Produkter ze produzéieren, wat relativ héich Käschte mat sech bréngt.
1.4 Schaumbildung
D'Schaumformmethod besteet doran, Gas oder Substanzen, déi duerch eng spéider Veraarbechtung Gas generéiere kënnen, un de Keramik-Gréngkierper oder Virgänger bäizefügen, an duerno ze sinteren, fir poréis Siliziumcarbid-Keramik ze kréien. Am Géigesaz zu anere Virbereedungsmethoden ass d'Schaumformmethod en effektive Prozess fir d'Virbereedung vun zouenzellege Keramik.
2. Chemesch Method
Déi chemesch Method bezitt sech op d'Tatsaach, datt déi poréis Struktur a poröser Siliziumcarbidkeramik duerch d'Zersetzung oder d'Reaktioun vun anorganesche Salzer oder bäigefügte organesche Substanzen entsteet, wouduerch Lächer an den urspréngleche Positiounen bleiwen. Zu de gängleche chemesche Methode fir d'Virbereedung vu poröser Siliziumcarbidkeramik gehéieren d'Method mat der Zousetzung vu porenbildenden Agenten, d'Imprägnatiounsmethod mat organeschem Schaum an d'Method mat biologescher Schabloun, etc.
2.1 Imprägnatioun mat organeschem Schaum
D'Imprägnatiounsmethod mat organeschem Schaum besteet doran, organesche Schaum als Schabloun ze benotzen, déi virbereet Keramikschlamm gläichméisseg op der Schabloun ze beschichten oder d'Schabloun an d'Schlamm ze tauchen, fir d'Loft erauszedrécken, sou datt d'Schlamm gläichméisseg un der organescher Schaumschlamm hält. Duerno gëtt d'organesch Schabloun duerch Trocknung an Héichtemperatursinterung ewechgeholl, wouduerch poréis Keramik entsteet.
De gréisste Nodeel vun dëser Method ass, datt se keng Produkter mat klenge Poren a zouenen Porositéite produzéiere kann. D'Form ass limitéiert an d'Leeschtung vun der Präform gëtt staark vun de Rohmaterialien beaflosst. D'Dicht an d'Festigkeet vun de virbereete porösen Keramikmaterialien sinn och schwéier ze kontrolléieren.
2.2 D'Method fir d'Zousätz vu porenbildenden Agenten
D'Virbereedung vu porösen Siliziumcarbid-Keramik duerch d'Zousätz vu porenbildenden Agenten ëmfaasst d'Zousätz vu porenbildenden Agenten zum Siliziumcarbidpulver oder Virleefer, an duerno d'Entfernung vun de porenbildenden Agenten duerch spéider Prozesser. Dofir bilden d'Positiounen, déi ursprénglech vun de porenbildenden Agenten besat waren, Poren, an duerno gëtt Erhëtzen a Sinteren duerchgefouert fir poréis Keramik ze bilden. Dofir kann d'Ännerung vun der Aart an der Doséierung vu porenbildenden Agenten d'Porositéit, d'Poremorphologie, d'Poregréisst an d'Verdeelung vun der fäerdeger poröser Keramik bequem kontrolléieren. D'Aarte vu porenbildenden Agenten si ganz extensiv, dorënner natierlech oder synthetesch organesch Polymeren, Flëssegkeeten, Salzer, Keramik oder aner Pulver, etc. D'Entfernungsprozesser vu verschiddene porenbildenden Agenten variéieren. Organesch Polymer-porenbildend Agenten ginn normalerweis duerch Erhëtzen an Zersetzung ewechgeholl, flësseg porenbildend Agenten kënnen duerch Kristallisatioun a Sublimatioun ewechgeholl ginn, Salzer kënnen duerch Waasserfiltratioun ewechgeholl ginn, a Keramikpulver kënnen duerch entspriechend Léisungsfiltratioun ewechgeholl ginn.
2.3 Method vun der biologescher Schabloun
Déi mikroskopesch Porenstruktur a Biomaterialien ënnerscheet sech däitlech vun där a synthetesche Materialien. Wéinst senger eenzegaarteger Struktur huet d'Virbereedung vu porösen Keramikmaterialien mat ähnlechen Strukturen mat Hëllef vun Organismen als Schablounen vill Opmierksamkeet kritt [10]. Déi biologesch Schablounmethod an d'Imprägnatiounsmethod mat organeschem Schaum hunn Ähnlechkeeten. D'Imprägnatiounsmethod mat organeschem Schaum benotzt en künstlechen Schwamm als Schabloun, während déi biologesch Schablounmethod natierlech Organismen als Schabloun benotzt.
D'Method vun der biologescher Schabloun fir d'Virbereedung vu poröser Siliziumcarbidkeramik huet d'Virdeeler vun engem einfache Prozess a niddrege Käschten. Si kann Keramik mat komplexe Formen produzéieren an d'Struktur vun natierleche biologesche Materialien am gréissten Ausmooss replizéieren. Wéi och ëmmer, ass d'biologesch Schabloun ufälleg fir Rëss beim Héichtemperatur-Karboniséierungsprozess, wat e wesentlechen Impakt op déi mechanesch Eegeschafte vun der poröser Siliziumcarbidkeramik huet. Ausserdeem hänkt d'Porenstruktur vun der preparéierter poröser Siliziumcarbidkeramik haaptsächlech vun der Mikrostruktur vun der biologescher Schabloun selwer of, an hir Designfäegkeet ass schlecht. Zousätzlech huet dës Method och e puer Nodeeler, wéi zum Beispill eng relativ niddreg Konversiounseffizienz vu SiC, einfach Oflagerung vun der SiC-Reaktiounsschicht an e laange Virbereedungszyklus.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. Juli 2025