Силициум карбидната (SiC) керамика долго време е широко користена во разни напредни производствени области поради нивната висока тврдост, висока цврстина, мал коефициент на термичка експанзија, висока топлинска спроводливост, добра хемиска стабилност, одлична отпорност на термички шокови и отпорност на оксидација. Покрај горенаведените карактеристики на силициум карбидната керамика, порозната силициум карбидна керамика, со својата единствена микроскопска порозна структура, има широки перспективи за примена во области како што се металургијата, хемиското инженерство, заштитата на животната средина и енергетиката, значително проширувајќи го опсегот на примена на силициум карбидната керамика.
Посебните својства напорозна силициум карбидна керамикаглавно имаат корист од нивната единствена порозна структура, која вклучува порозност, големина и дистрибуција на порите, како и облик на порите итн. Затоа, потребно е да се регулира нејзината порозност, големината и дистрибуцијата на порите, како и обликот на порите преку методот на подготовка за да се добие посакуваната порозна структура. Затоа, неговиот метод на подготовка отсекогаш бил во фокусот на истражувањето на луѓето. Оваа статија главно го разгледува напредокот во истражувањето во методите за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика дома и во странство во последниве години.
1. Физички метод
Физичкиот метод се однесува на фактот дека празнините во порозната силициум-карбидна керамика се предизвикани од низа физички феномени за време на процесот на подготовка, без појава на хемиски реакции или генерирање на нови супстанции. Главниот механизам е да се формира порозна структура со потпирање на празнините што остануваат со термичката контракција на цврстите супстанции, испарувањето на течната фаза и директната сублимација на цврстата фаза. Вообичаените методи вклучуваат метод на редење честички, метод на замрзнување-сушење, метод на сол-гел итн. Технологијата на 3D печатење што се појави во последниве години може да се користи и за директно печатење и подготовка на порозни структури.
1.1 Метод на редење честички
Методот на синтерување со пакување на честички е наједноставниот начин за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика. Принципот на овој метод е да се искористат перформансите на синтерување на самите керамички честички за да се формираат вратови за синтерување помеѓу различни SiC честички, со што се овозможува акумулација на честички за да се формира порозна керамика. За да се намали температурата на синтерување, обично се додава одредена количина на врзивно средство со пониска точка на топење за да се формира врска помеѓу различни SiC честички. Бидејќи сите пори во методот на синтерување со пакување на честички се трансформираат од празнините за пакување помеѓу SiC честичките, порозноста и големината на порите на готовата порозна керамика може да се контролираат со промена на големината на правот, видот и количината на додадено врзивно средство и параметрите на синтерување.
Подготовката на порозна силициум-карбидна керамика со методот на редење честички не бара додавање на дополнителни средства за формирање пори. Процесот е едноставен и релативно лесен за контрола. Сепак, порозноста на порозната керамика подготвена со овој метод е генерално ниска. Обликот, големината на порите и порозноста на порите главно се одредуваат од обликот, големината на честичките и распределбата на честичките од суровината, како и од степенот на синтерување.
1.2 Метод на сушење со замрзнување
Сушењето со замрзнување е метод што вклучува рамномерно мешање на керамички агрегати со вода или органски растворувачи во присуство на соодветна количина на дисперзанти или врзива за да се формира кашеста маса. Потоа, добро измешаната кашеста маса се истура во калап и брзо се замрзнува на ниски температури, овозможувајќи матрицата на течната фаза брзо да се зацврсти во цврста материја. Последователно, зацврстената цврста фаза се сублимира и се отстранува преку третман со намалување на притисокот или вакуумско сушење. Метод за добивање зелено тело со насочено распоредени порски структури оставени во кашестата маса и конечно синтерување за да се произведе порозна силициум карбидна керамика.
1.3 Метод на 3D печатење
Методот на 3D печатење за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика е нов вид процес на подготовка што се разви во последниве години. Овој процес се потпира на тродимензионален модел на податоци дизајниран со помош на компјутерска помош. Преку главата за печатење, врзивното средство се прска за да се редат прашоците од суровина слој по слој во тродимензионална мрежна структура. Комбинацијата од 3D печатење и процеси на реактивно синтерување може да постигне производство без мувла и формирање на керамика со комплексна форма со блиска нето големина.
Методот на 3D печатење за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика се одликува со едноставен процес на формирање, висока ефикасност на подготовка и обработка и нема потреба од калапи. Може да се користи не само за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика со сложени форми, униформни микроструктури и добра поврзаност на порите, туку и порозноста и големината на порите на порозната керамика се контролирани и прилагодливи. Сепак, овој метод е сè уште во фаза на истражување, а параметрите на процесот сè уште треба дополнително да се оптимизираат. Покрај тоа, овој метод е тежок за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика со висока цврстина во еден чекор. Потребна е помош од други процеси за производство на посакуваните производи, што подразбира релативно високи трошоци.
1.4 Пенење
Методот на лиење со пенење вклучува додавање гас или супстанции што можат да генерираат гас преку последователна обработка на керамичкото зелено тело или прекурсор, а потоа негово синтерување за да се добијат порозни силициум-карбидни керамики. За разлика од другите методи на подготовка, методот на пенење е ефикасен процес за подготовка на керамика со затворени ќелии.
2. Хемиски метод
Хемискиот метод се однесува на фактот дека порозната структура во порозната силициум-карбидна керамика се формира со распаѓање или реакција на неоргански соли или додадени органски супстанции, оставајќи празни места во првобитните позиции. Вообичаените хемиски методи за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика вклучуваат метод на додавање на средство за формирање пори, метод на импрегнација со органска пена и метод на биолошки шаблон, итн.
2.1 Импрегнација со органска пена
Методот на импрегнација со органска пена вклучува користење на органска пена како шаблон, рамномерно премачкување на подготвената керамичка кашеста маса врз шаблонот или потопување на шаблонот во кашестата маса за да се исфрли воздухот, осигурувајќи се дека кашестата маса рамномерно се прилепи на шаблонот од органска пена. Потоа, преку сушење и синтерување на висока температура, органскиот шаблон се отстранува, со што се добива порозна керамика.
Најзначајниот недостаток на овој метод е тоа што не е во можност да произведе производи со порозност со мали пори. Обликот е ограничен, а перформансите на преформата се во голема мера под влијание на суровините. Густината и цврстината на подготвените порозни керамички материјали се исто така тешки за контрола.
2.2 Метод на додавање средства за формирање пори
Подготовката на порозна силициум карбидна керамика со додавање средства за формирање пори вклучува додавање средства за формирање пори во прав или прекурсори од силициум карбид, а потоа отстранување на средствата за формирање пори преку последователни процеси. Како резултат на тоа, позициите првично зафатени од средствата за формирање пори формираат пори, а потоа се врши загревање и синтерување за да се формира порозна керамика. Затоа, менувањето на видот и дозата на средствата за формирање пори може лесно да ја контролира порозноста, морфологијата на порите, големината на порите и дистрибуцијата на готовата порозна керамика. Видовите средства за формирање пори се многу обемни, вклучувајќи природни или синтетички органски полимери, течности, соли, керамика или други прашоци итн. Процесите на отстранување на различни средства за формирање пори варираат. Органските полимерни средства за формирање пори обично се отстрануваат со загревање и распаѓање, течните средства за формирање пори може да се отстранат преку кристализација и сублимација, солите може да се отстранат со филтрација на вода, а керамичките прашоци може да се отстранат со соодветна филтрација на раствор.
2.3 Метод на биолошки шаблон
Микроскопската структура на порите кај биоматеријалите е значително различна од онаа кај синтетичките материјали. Поради својата единствена структура, подготовката на порозни керамички материјали со слични структури со употреба на организми како шаблони доби широко внимание [10]. Методот на биолошки шаблон и методот на импрегнација со органска пена имаат сличности. Методот на импрегнација со органска пена користи вештачки сунѓер како шаблон, додека методот на биолошки шаблон користи природни организми како шаблон.
Методот со биолошки шаблон за подготовка на порозна силициум-карбидна керамика има предности на едноставен процес и ниска цена. Може да произведе керамика со сложени форми и може да ја реплицира структурата на природните биолошки материјали во најголема мера. Сепак, биолошкиот шаблон е склонен кон пукање за време на процесот на карбонизација на висока температура, што има значително влијание врз механичките својства на порозната силициум-карбидна керамика. Покрај тоа, структурата на порите на подготвената порозна силициум-карбидна керамика главно зависи од микроструктурата на самиот биолошки шаблон, а неговата способност за дизајнирање е слаба. Покрај тоа, овој метод има и некои недостатоци, како што се релативно ниска ефикасност на конверзија на SiC, лесно отстранување на реакцискиот слој на SiC и долг циклус на подготовка.
Време на објавување: 22 јули 2025 година