Qeramika e karabit të silicit (SiC) është përdorur prej kohësh gjerësisht në fusha të ndryshme të prodhimit të avancuar për shkak të fortësisë së lartë, rezistencës së lartë, koeficientit të vogël të zgjerimit termik, përçueshmërisë së lartë termike, stabilitetit të mirë kimik, rezistencës së shkëlqyer ndaj goditjeve termike dhe rezistencës ndaj oksidimit. Përveç karakteristikave të lartpërmendura të qeramikës së karabit të silicit, qeramika poroze e karabit të silicit, me strukturën e saj unike mikroskopike poroze, ka perspektiva të gjera aplikimi në fusha të tilla si metalurgjia, inxhinieria kimike, mbrojtja e mjedisit dhe energjia, duke zgjeruar shumë fushën e aplikimit të qeramikës së karabit të silicit.
Vetitë e veçanta tëqeramikë karbidi silikoni porozpërfitojnë kryesisht nga struktura e tyre unike poroze, e cila përfshin porozitetin, madhësinë dhe shpërndarjen e poreve, formën e poreve etj. Prandaj, është e nevojshme të rregullohet poroziteti, madhësia dhe shpërndarja e poreve, si dhe forma e poreve përmes metodës së përgatitjes për të marrë strukturën poroze të dëshiruar. Prandaj, metoda e përgatitjes së saj ka qenë gjithmonë në fokus të kërkimit njerëzor. Ky artikull shqyrton kryesisht progresin e kërkimit në metodat e përgatitjes së qeramikës poroze të karabit të silikonit në vend dhe jashtë vendit në vitet e fundit.
1. Metoda Fizike
Metoda fizike i referohet faktit se boshllëqet në qeramikën poroze të karbidit të silikonit shkaktohen nga një sërë fenomenesh fizike gjatë procesit të përgatitjes, pa ndodhur reaksione kimike ose gjenerim të substancave të reja. Mekanizmi kryesor është formimi i një strukture poroze duke u mbështetur në boshllëqet e lëna nga tkurrja termike e substancave të ngurta, avullimi i fazës së lëngshme dhe sublimimi i drejtpërdrejtë i fazës së ngurtë. Metodat e zakonshme përfshijnë metodën e grumbullimit të grimcave, metodën e tharjes me ngrirje, metodën sol-xhel, etj. Teknologjia e printimit 3D që është shfaqur vitet e fundit mund të përdoret gjithashtu për të printuar dhe përgatitur drejtpërdrejt strukturat poroze.
1.1 Metoda e grumbullimit të grimcave
Metoda e sinterimit me paketim grimcash është mënyra më e thjeshtë për të përgatitur qeramikë poroze të karabit të silikonit. Parimi i kësaj metode është të shfrytëzojë performancën e sinterimit të vetë grimcave qeramike për të formuar qafa sinterimi midis grimcave të ndryshme SiC, duke mundësuar kështu akumulimin e grimcave për të formuar qeramikë poroze. Për të ulur temperaturën e sinterimit, zakonisht shtohet një sasi e caktuar e lidhësit me një pikë shkrirjeje më të ulët për të formuar një lidhje midis grimcave të ndryshme SiC. Meqenëse të gjitha poret në metodën e sinterimit me paketim grimcash transformohen nga boshllëqet e paketimit midis grimcave SiC, poroziteti dhe madhësia e poreve të qeramikës poroze të përfunduar mund të kontrollohet duke ndryshuar madhësinë e pluhurit, llojin dhe sasinë e shtuar të lidhësit dhe parametrat e sinterimit.
Përgatitja e qeramikës poroze të karbidit të silicit me metodën e grumbullimit të grimcave nuk kërkon shtimin e agjentëve shtesë që formojnë pore. Procesi është i thjeshtë dhe relativisht i lehtë për t'u kontrolluar. Megjithatë, poroziteti i qeramikës poroze të përgatitur me këtë metodë është përgjithësisht i ulët. Forma, madhësia e poreve dhe poroziteti i poreve përcaktohen kryesisht nga forma, madhësia e grimcave dhe shpërndarja e grimcave të lëndës së parë, si dhe shkalla e sinterizimit.
1.2 Metoda e tharjes me ngrirje
Tharja me ngrirje është një metodë që përfshin përzierjen uniforme të agregateve qeramike me ujë ose tretës organikë në prani të një sasie të përshtatshme të shpërndarësve ose lidhësve për të formuar një lëng të lëngshëm. Pastaj, lëngu i përzier mirë derdhet në një kallëp dhe ngrihet shpejt në temperatura të ulëta, duke lejuar që matrica e fazës së lëngshme të ngurtësohet shpejt në një lëndë të ngurtë. Më pas, faza e ngurtë e ngurtësuar sublimohet dhe hiqet përmes trajtimit të reduktimit të presionit ose tharjes në vakum. Metoda e marrjes së një trupi të gjelbër me struktura pore të rregulluara në mënyrë të drejtuar të lëna brenda lëngut të lëngshëm dhe së fundmi sinterizimit të tij për të prodhuar qeramikë poroze të karabit të silikonit.
1.3 Metoda e Printimit 3D
Metoda e printimit 3D për përgatitjen e qeramikës poroze prej karbidi silikoni është një lloj i ri procesi përgatitjeje që është zhvilluar vitet e fundit. Ky proces mbështetet në një model të dhënash tre-dimensional të projektuar me ndihmën e kompjuterit. Nëpërmjet kokës së printimit, lidhësi spërkatet për të grumbulluar pluhurin e lëndës së parë shtresë pas shtrese në një strukturë rrjeti tre-dimensionale. Kombinimi i printimit 3D dhe proceseve të sinterimit me reaksion mund të arrijë prodhim pa myk dhe formimin pothuajse në madhësinë neto të qeramikës me forma komplekse.
Metoda e printimit 3D për përgatitjen e qeramikës poroze të karabit të silikonit përmban një proces të thjeshtë formimi, efikasitet të lartë përgatitjeje dhe përpunimi dhe nuk ka nevojë për forma. Jo vetëm që mund të përdoret për të përgatitur qeramikë poroze të karabit të silikonit me forma komplekse, mikrostruktura uniforme dhe lidhje të mirë të poreve, por edhe poroziteti dhe madhësia e poreve të qeramikës poroze janë të kontrollueshme dhe të rregullueshme. Megjithatë, kjo metodë është ende në fazën e kërkimit eksplorues aktualisht, dhe parametrat e procesit ende duhet të optimizohen më tej. Përveç kësaj, kjo metodë është e vështirë për të përgatitur qeramikë poroze të karabit të silikonit me rezistencë të lartë në një hap. Ajo kërkon ndihmën e proceseve të tjera për të prodhuar produktet e dëshiruara, gjë që sjell kosto relativisht të larta.
1.4 Shkumëzim
Metoda e formimit me shkumë përfshin shtimin e gazit ose substancave që mund të gjenerojnë gaz përmes përpunimit të mëvonshëm në trupin e gjelbër qeramik ose pararendësin e tij, dhe më pas sinterizimin e tij për të përftuar qeramikë poroze të karabit të silikonit. Ndryshe nga metodat e tjera të përgatitjes, metoda e shkumëzimit është një proces efektiv për përgatitjen e qeramikës me qeliza të mbyllura.
2. Metoda Kimike
Metoda kimike i referohet faktit që struktura poroze në qeramikën poroze të karabit të silicit formohet nga dekompozimi ose reagimi i kripërave inorganike ose substancave organike të shtuara, duke lënë vende bosh në pozicionet origjinale. Metodat e zakonshme kimike për përgatitjen e qeramikës poroze të karabit të silicit përfshijnë metodën e shtimit të agjentit që formon pore, metodën e impregnimit me shkumë organike dhe metodën e shabllonit biologjik, etj.
2.1 Impregnim me shkumë organike
Metoda e impregnimit me shkumë organike përfshin përdorimin e shkumës organike si shabllon, duke e veshur në mënyrë të barabartë lëngun qeramik të përgatitur mbi shabllon ose duke e zhytur shabllonin në lëng për të nxjerrë ajrin, duke siguruar që lëngu të ngjitet në mënyrë të barabartë në shabllonin e shkumës organike. Pastaj, nëpërmjet tharjes dhe sinterimit në temperaturë të lartë, shablloni organik hiqet, duke përftuar kështu qeramikë poroze.
Disavantazhi më i rëndësishëm i kësaj metode është se nuk është në gjendje të prodhojë produkte me porozitet të mbyllur me pore të vogla. Forma është e kufizuar dhe performanca e paraformës ndikohet shumë nga lëndët e para. Dendësia dhe fortësia e materialeve qeramike poroze të përgatitura janë gjithashtu të vështira për t'u kontrolluar.
2.2 Metoda e Shtimit të Agjentëve që Formojnë Pore
Përgatitja e qeramikës poroze të karabit të silikonit duke shtuar agjentë që formojnë pore përfshin shtimin e agjentëve që formojnë pore në pluhurin ose pararendësit e karabit të silikonit, dhe më pas heqjen e agjentëve që formojnë pore përmes proceseve pasuese. Si rezultat, pozicionet e zëna fillimisht nga agjentët që formojnë pore formojnë pore, dhe më pas kryhet ngrohja dhe sinterimi për të formuar qeramikë poroze. Prandaj, ndryshimi i llojit dhe dozës së agjentëve që formojnë pore mund të kontrollojë në mënyrë të përshtatshme porozitetin, morfologjinë e poreve, madhësinë e poreve dhe shpërndarjen e qeramikës poroze të përfunduar. Llojet e agjentëve që formojnë pore janë shumë të gjera, duke përfshirë polimere organike natyrale ose sintetike, lëngje, kripëra, qeramikë ose pluhura të tjera, etj. Proceset e heqjes së agjentëve të ndryshëm që formojnë pore ndryshojnë. Agjentët organikë polimerë që formojnë pore zakonisht hiqen me anë të ngrohjes dhe dekompozimit, agjentët e lëngshëm që formojnë pore mund të hiqen përmes kristalizimit dhe sublimimit, kripërat mund të hiqen me filtrim të ujit, dhe pluhurat qeramikë mund të hiqen me filtrim të përshtatshëm të tretësirës.
2.3 Metoda e Shablloneve Biologjike
Struktura mikroskopike e poreve në biomateriale është dukshëm e ndryshme nga ajo në materialet sintetike. Për shkak të strukturës së saj unike, përgatitja e materialeve qeramike poroze me struktura të ngjashme duke përdorur organizma si shabllone ka marrë vëmendje të gjerë [10]. Metoda e shabllonit biologjik dhe metoda e impregnimit me shkumë organike ndajnë ngjashmëri. Metoda e impregnimit me shkumë organike përdor sfungjer artificial si shabllon, ndërsa metoda e shabllonit biologjik përdor organizma natyralë si shabllon.
Metoda e shablloneve biologjike për përgatitjen e qeramikës poroze të karabit të silicit ka avantazhet e procesit të thjeshtë dhe kostos së ulët. Ajo mund të prodhojë qeramikë me forma komplekse dhe mund të replikojë strukturën e materialeve natyrore biologjike në masën më të madhe. Megjithatë, shablloni biologjik është i prirur ndaj plasaritjes gjatë procesit të karbonizimit në temperaturë të lartë, gjë që ka një ndikim të rëndësishëm në vetitë mekanike të qeramikës poroze të karabit të silicit. Për më tepër, struktura e poreve të qeramikës poroze të karabit të silicit të përgatitur varet kryesisht nga mikrostruktura e vetë shabllonit biologjik, dhe projektueshmëria e tij është e dobët. Përveç kësaj, kjo metodë ka edhe disa disavantazhe, të tilla si efikasiteti relativisht i ulët i konvertimit të SiC, heqja e lehtë e shtresës së reagimit të SiC dhe një cikël i gjatë përgatitjeje.
Koha e postimit: 22 korrik 2025