Силицијум-карбидна (SiC) керамика се дуго широко користи у разним напредним производним областима због своје високе тврдоће, високе чврстоће, малог коефицијента термичког ширења, високе топлотне проводљивости, добре хемијске стабилности, одличне отпорности на термичке ударе и отпорности на оксидацију. Поред горе поменутих карактеристика силицијум-карбидне керамике, порозна силицијум-карбидна керамика, са својом јединственом микроскопском порозном структуром, има широке могућности примене у областима као што су металургија, хемијско инжењерство, заштита животне средине и енергетика, значајно проширујући обим примене силицијум-карбидне керамике.
Посебна својствапорозна силицијум карбид керамикауглавном имају користи од своје јединствене порозне структуре, која укључује порозност, величину и расподелу пора, облик пора итд. Стога је неопходно регулисати њихову порозност, величину и расподелу пора, као и облик пора кроз метод припреме како би се добила жељена порозна структура. Стога је њихов метод припреме увек био у фокусу истраживања људи. Овај чланак углавном разматра напредак истраживања у методама припреме порозне силицијум карбидне керамике у земљи и иностранству последњих година.
1. Физички метод
Физичка метода се односи на чињеницу да су шупљине у порозној силицијум карбидној керамици узроковане низом физичких појава током процеса припреме, без појаве хемијских реакција или стварања нових супстанци. Главни механизам је формирање порозне структуре ослањањем на шупљине које остају услед термичке контракције чврстих супстанци, испаравања течне фазе и директне сублимације чврсте фазе. Уобичајене методе укључују метод слагања честица, метод лиофилизације, сол-гел методу итд. Технологија 3Д штампања која се појавила последњих година такође се може користити за директно штампање и припрему порозних структура.
1.1 Метода слагања честица
Метода синтеровања паковањем честица је најједноставнији начин за припрему порозне силицијум карбидне керамике. Принцип ове методе је коришћење способности синтеровања самих керамичких честица за формирање врата синтеровања између различитих SiC честица, чиме се омогућава акумулација честица и формирање порозне керамике. Да би се смањила температура синтеровања, обично се додаје одређена количина везива са нижом тачком топљења како би се формирала веза између различитих SiC честица. Пошто се све поре у методи синтеровања паковањем честица трансформишу из празнина између SiC честица, порозност и величина пора готове порозне керамике могу се контролисати променом величине праха, врсте и количине додатог везива и параметара синтеровања.
Припрема порозне силицијум карбидне керамике методом слагања честица не захтева додавање додатних средстава за формирање пора. Процес је једноставан и релативно лак за контролу. Међутим, порозност порозне керамике припремљене овом методом је генерално ниска. Облик, величина пора и порозност пора углавном су одређени обликом, величином честица и расподелом честица сировине, као и степеном синтеровања.
1.2 Метод лиофилизације
Лиофилизација је метода која подразумева равномерно мешање керамичких агрегата са водом или органским растварачима у присуству одговарајуће количине дисперзаната или везива да би се формирала суспензија. Затим се добро измешана суспензија сипа у калуп и брзо замрзава на ниским температурама, омогућавајући матрици течне фазе да се брзо стврдне у чврсту супстанцу. Након тога, очврснута чврста фаза се сублимира и уклања смањењем притиска или вакуумским сушењем. Метода добијања зеленог тела са усмерено распоређеним структурама пора које остају унутар суспензије и коначно се синтерује да би се произвела порозна силицијум карбид керамика.
1.3 Метод 3Д штампања
Метода 3Д штампања за припрему порозне силицијум карбидне керамике је нови тип процеса припреме који се развио последњих година. Овај процес се ослања на тродимензионални модел података дизајниран уз помоћ рачунара. Кроз главу за штампање, везиво се прска како би се прах сировине слој по слој слагао у тродимензионалну мрежну структуру. Комбинација 3Д штампања и процеса реакционог синтеровања може постићи производњу без калупа и формирање керамике сложених облика готово мрежне величине.
Метода 3Д штампања за припрему порозне силицијум карбидне керамике карактерише једноставан процес обликовања, висока ефикасност припреме и обраде, и нема потребе за калупима. Не само да се може користити за припрему порозне силицијум карбидне керамике са сложеним облицима, уједначеним микроструктурама и добром повезаношћу пора, већ су и порозност и величина пора порозне керамике контролисане и подесиве. Међутим, ова метода је тренутно још увек у фази истраживања и параметри процеса и даље треба да се додатно оптимизују. Поред тога, овом методом је тешко припремити високочврсту порозну силицијум карбидну керамику у једном кораку. Потребна је помоћ других процеса за производњу жељених производа, што носи релативно високе трошкове.
1.4 Пенење
Метода пењања подразумева додавање гаса или супстанци које могу да генеришу гас кроз накнадну обраду у керамички зелени материјал или прекурсор, а затим његово синтеровање да би се добила порозна силицијум карбид керамика. За разлику од других метода припреме, метода пењања је ефикасан процес за припрему керамике затворених ћелија.
2. Хемијска метода
Хемијска метода се односи на чињеницу да се порозна структура у порозној силицијум карбидној керамици формира разлагањем или реакцијом неорганских соли или додатих органских супстанци, остављајући празнине у оригиналним положајима. Уобичајене хемијске методе за припрему порозне силицијум карбидне керамике укључују метод додавања средства за формирање пора, метод импрегнације органском пеном и метод биолошког шаблона итд.
2.1 Импрегнација органском пеном
Метода импрегнације органском пеном подразумева коришћење органске пене као шаблона, равномерно премазивање припремљене керамичке суспензије на шаблон или урањање шаблона у суспензију ради избацивања ваздуха, осигуравајући да се суспензија равномерно прилепи за шаблон од органске пене. Затим, сушењем и синтеровањем на високој температури, органски шаблон се уклања, чиме се добија порозна керамика.
Најзначајнији недостатак ове методе је то што не може да произведе производе са малим порама и затвореном порозношћу. Облик је ограничен, а перформансе предформе су у великој мери под утицајем сировина. Густину и чврстоћу припремљених порозних керамичких материјала је такође тешко контролисати.
2.2 Метод додавања средстава за формирање пора
Припрема порозне силицијум карбидне керамике додавањем средстава за формирање пора подразумева додавање средстава за формирање пора у прах силицијум карбида или прекурсоре, а затим уклањање средстава за формирање пора кроз накнадне процесе. Као резултат тога, позиције које су првобитно заузимала средства за формирање пора формирају поре, а затим се врши загревање и синтеровање да би се формирала порозна керамика. Стога, променом врсте и дозе средстава за формирање пора може се погодно контролисати порозност, морфологија пора, величина пора и расподела готове порозне керамике. Врсте средстава за формирање пора су веома бројне, укључујући природне или синтетичке органске полимере, течности, соли, керамику или друге прахове итд. Процеси уклањања различитих средстава за формирање пора варирају. Органска полимерна средства за формирање пора се обично уклањају загревањем и разлагањем, течна средства за формирање пора могу се уклонити кристализацијом и сублимацијом, соли се могу уклонити филтрацијом воде, а керамички прахови се могу уклонити одговарајућом филтрацијом раствора.
2.3 Метод биолошког шаблона
Микроскопска структура пора у биоматеријалима значајно се разликује од оне у синтетичким материјалима. Због своје јединствене структуре, припрема порозних керамичких материјала са сличним структурама коришћењем организама као шаблона добила је широку пажњу [10]. Метод биолошког шаблона и метод импрегнације органском пеном деле сличности. Метод импрегнације органском пеном користи вештачки сунђер као шаблон, док метод биолошког шаблона користи природне организме као шаблон.
Метод биолошког шаблона за припрему порозне силицијум карбидне керамике има предности једноставног процеса и ниске цене. Може произвести керамику сложених облика и у највећој мери реплицира структуру природних биолошких материјала. Међутим, биолошки шаблон је склон пуцању током процеса карбонизације на високој температури, што значајно утиче на механичка својства порозне силицијум карбидне керамике. Штавише, структура пора припремљене порозне силицијум карбидне керамике углавном зависи од микроструктуре самог биолошког шаблона, а њена могућност пројектовања је лоша. Поред тога, овај метод има и неке недостатке, као што су релативно ниска ефикасност конверзије SiC, лако одвајање реакционог слоја SiC и дуг циклус припреме.
Време објаве: 22. јул 2025.