Ang mga silicon carbide (SiC) ceramics ay matagal nang malawakang ginagamit sa iba't ibang advanced na larangan ng pagmamanupaktura dahil sa kanilang mataas na katigasan, mataas na lakas, maliit na coefficient ng thermal expansion, mataas na thermal conductivity, mahusay na chemical stability, mahusay na thermal shock resistance at oxidation resistance. Bukod sa mga nabanggit na katangian ng silicon carbide ceramics, ang porous silicon carbide ceramics, na may natatanging microscopic porous structure, ay may malawak na prospect ng aplikasyon sa mga larangan tulad ng metalurhiya, chemical engineering, proteksyon sa kapaligiran at enerhiya, na lubos na nagpapalawak sa saklaw ng aplikasyon ng silicon carbide ceramics.
Ang mga espesyal na katangian ngporous na silicon carbide ceramicpangunahing nakikinabang mula sa kanilang natatanging porous na istraktura, na kinabibilangan ng porosity, laki at distribusyon ng butas, at hugis ng butas, atbp. Samakatuwid, kinakailangang kontrolin ang porosity, laki at distribusyon ng butas nito, pati na rin ang hugis ng mga butas sa pamamagitan ng paraan ng paghahanda upang makuha ang ninanais na porous na istraktura. Samakatuwid, ang paraan ng paghahanda nito ay palaging naging pokus ng pananaliksik ng mga tao. Pangunahing sinusuri ng artikulong ito ang pag-unlad ng pananaliksik sa mga paraan ng paghahanda ng mga porous na silicon carbide ceramics sa loob at labas ng bansa nitong mga nakaraang taon.
1. Pisikal na Paraan
Ang pisikal na pamamaraan ay tumutukoy sa katotohanan na ang mga butas sa mga porous na silicon carbide ceramics ay sanhi ng isang serye ng mga pisikal na penomena sa panahon ng proseso ng paghahanda, nang walang paglitaw ng mga reaksiyong kemikal o pagbuo ng mga bagong sangkap. Ang pangunahing mekanismo ay ang pagbuo ng isang porous na istraktura sa pamamagitan ng pag-asa sa mga butas na iniiwan ng thermal contraction ng mga solidong sangkap, ang pagsingaw ng liquid phase, at ang direktang sublimation ng solid phase. Kabilang sa mga karaniwang pamamaraan ang particle stacking method, freeze-drying method, sol-gel method, atbp. Ang teknolohiya ng 3D printing na lumitaw nitong mga nakaraang taon ay maaari ding gamitin upang direktang mag-print at maghanda ng mga porous na istruktura.
1.1 Paraan ng pagsasalansan ng mga partikulo
Ang particle packing sintering method ay ang pinakasimpleng paraan upang ihanda ang porous silicon carbide ceramics. Ang prinsipyo ng pamamaraang ito ay ang paggamit ng sintering performance ng mga ceramic particle mismo upang bumuo ng mga sintering neck sa pagitan ng iba't ibang SiC particle, sa gayon ay nagbibigay-daan sa akumulasyon ng particle upang bumuo ng mga porous ceramics. Upang mapababa ang temperatura ng sintering, isang tiyak na dami ng binder na may mas mababang melting point ang karaniwang idinaragdag upang bumuo ng koneksyon sa pagitan ng iba't ibang SiC particle. Dahil ang lahat ng pores sa particle packing sintering method ay binago mula sa mga packing gaps sa pagitan ng mga SiC particle, ang porosity at pore size ng mga natapos na porous ceramics ay maaaring kontrolin sa pamamagitan ng pagbabago ng powder size, ang uri at dami ng idinagdag na binder, at ang mga sintering parameter.
Ang paghahanda ng porous silicon carbide ceramics gamit ang particle stacking method ay hindi nangangailangan ng pagdaragdag ng karagdagang pore-forming agent. Ang proseso ay simple at medyo madaling kontrolin. Gayunpaman, ang porosity ng porous ceramics na inihanda gamit ang pamamaraang ito ay karaniwang mababa. Ang hugis, laki ng butas, at porosity ng mga butas ay pangunahing natutukoy ng hugis, laki ng butil, at distribusyon ng mga hilaw na materyales, pati na rin ang antas ng sintering.
1.2 Paraan ng Pagyeyelo
Ang freeze-drying ay isang paraan na kinabibilangan ng pantay na paghahalo ng mga ceramic aggregate sa tubig o mga organic solvent sa presensya ng angkop na dami ng mga dispersant o binder upang bumuo ng isang slurry. Pagkatapos, ang mahusay na pinaghalong slurry ay ibinubuhos sa isang molde at mabilis na pinapalamig sa mababang temperatura, na nagpapahintulot sa liquid phase matrix na mabilis na tumigas at maging isang solid. Kasunod nito, ang solidified solid phase ay sinusilibat at inaalis sa pamamagitan ng pressure reduction o vacuum drying treatment. Ang paraan ng pagkuha ng isang green body na may mga istrukturang butas na nakaayos ayon sa direksyon na natitira sa loob ng slurry at sa huli ay sinisintering ito upang makagawa ng porous silicon carbide ceramics.
1.3 Paraan ng Pag-imprenta ng 3D
Ang paraan ng 3D printing para sa paghahanda ng porous silicon carbide ceramics ay isang bagong uri ng proseso ng paghahanda na umunlad nitong mga nakaraang taon. Ang prosesong ito ay umaasa sa isang three-dimensional data model na idinisenyo sa tulong ng computer. Sa pamamagitan ng printing head, ang binder ay ini-spray upang isalansan ang hilaw na materyal na pulbos patong-patong sa isang three-dimensional network structure. Ang kombinasyon ng 3D printing at reaction sintering processes ay maaaring makamit ang paggawa nang walang amag at halos net-size na pagbuo ng mga kumplikadong hugis na ceramics.
Ang 3D printing method para sa paghahanda ng porous silicon carbide ceramics ay nagtatampok ng simpleng proseso ng paghubog, mataas na kahusayan sa paghahanda at pagproseso, at hindi na kailangan ng mga molde. Hindi lamang ito magagamit sa paghahanda ng porous silicon carbide ceramics na may mga kumplikadong hugis, pare-parehong microstructure at mahusay na pore connectivity, kundi pati na rin ang porosity at pore size ng porous ceramics ay nakokontrol at naaayos. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay nasa yugto pa rin ng eksplorasyon sa kasalukuyan, at ang mga parameter ng proseso ay kailangan pa ring higit na ma-optimize. Bukod pa rito, ang pamamaraang ito ay mahirap maghanda ng high-strength porous silicon carbide ceramics sa isang hakbang lamang. Nangangailangan ito ng tulong ng iba pang mga proseso upang makagawa ng mga ninanais na produkto, na nagdudulot ng medyo mataas na gastos.
1.4 Pagbula
Ang paraan ng foaming molding ay kinabibilangan ng pagdaragdag ng gas o mga sangkap na maaaring makabuo ng gas sa pamamagitan ng kasunod na pagproseso sa ceramic green body o precursor, at pagkatapos ay pag-sinter nito upang makakuha ng porous silicon carbide ceramics. Hindi tulad ng ibang mga paraan ng paghahanda, ang foaming method ay isang epektibong proseso para sa paghahanda ng closed-cell ceramics.
2. Paraang Kemikal
Ang pamamaraang kemikal ay tumutukoy sa katotohanang ang porous na istruktura sa mga porous na silicon carbide ceramics ay nabubuo sa pamamagitan ng dekomposisyon o reaksyon ng mga inorganic na asin o idinagdag na mga organikong sangkap, na nag-iiwan ng mga bakante sa orihinal na mga posisyon. Ang mga karaniwang pamamaraang kemikal para sa paghahanda ng mga porous na silicon carbide ceramics ay kinabibilangan ng pamamaraan ng pagdaragdag ng pore-forming agent, pamamaraan ng organic foam impregnation, at pamamaraan ng biological template, atbp.
2.1 Organikong Pag-impregnasyon ng Foam
Ang paraan ng organic foam impregnation ay kinabibilangan ng paggamit ng organic foam bilang template, pantay na pagbabalat ng inihandang ceramic slurry sa template o paglulubog ng template sa slurry upang maglabas ng hangin, tinitiyak na ang slurry ay pantay na dumidikit sa organic foam template. Pagkatapos, sa pamamagitan ng pagpapatuyo at high-temperature sintering, ang organic template ay tinatanggal, sa gayon ay nagiging porous ceramics.
Ang pinakamahalagang disbentaha ng pamamaraang ito ay hindi nito kayang gumawa ng mga produktong may maliliit na butas at saradong butas. Limitado ang hugis at ang pagganap ng preform ay lubos na naaapektuhan ng mga hilaw na materyales. Mahirap ding kontrolin ang densidad at lakas ng mga inihandang butas na seramikong materyales.
2.2 Ang Paraan ng Pagdaragdag ng mga Ahente na Nagbubuo ng Pores
Ang paghahanda ng mga porous na silicon carbide ceramics sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga pore-forming agent ay kinabibilangan ng pagdaragdag ng mga pore-forming agent sa silicon carbide powder o mga precursor, at pagkatapos ay pag-aalis ng mga pore-forming agent sa pamamagitan ng mga kasunod na proseso. Bilang resulta, ang mga posisyong orihinal na inookupahan ng mga pore-forming agent ay bumubuo ng mga pores, at pagkatapos ay isinasagawa ang pag-init at sintering upang bumuo ng mga porous ceramics. Samakatuwid, ang pagbabago ng uri at dosis ng mga pore-forming agent ay maaaring maginhawang makontrol ang porosity, pore morphology, pore size at distribution ng mga natapos na porous ceramics. Ang mga uri ng pore-forming agent ay napakalawak, kabilang ang natural o sintetikong organic polymers, likido, asin, seramika o iba pang pulbos, atbp. Ang mga proseso ng pag-aalis ng iba't ibang pore-forming agent ay iba-iba. Ang mga organic polymer pore-forming agent ay karaniwang inaalis sa pamamagitan ng pag-init at decomposition, ang mga liquid pore-forming agent ay maaaring alisin sa pamamagitan ng crystallization at sublimation, ang mga asin ay maaaring alisin sa pamamagitan ng water filtration, at ang mga ceramic powder ay maaaring alisin sa pamamagitan ng naaangkop na solution filtration.
2.3 Paraan ng Biyolohikal na Template
Ang mikroskopikong istruktura ng butas sa mga biomaterial ay lubhang naiiba sa mga sintetikong materyales. Dahil sa kakaibang istruktura nito, ang paghahanda ng mga butas-butas na materyales na seramiko na may katulad na istruktura gamit ang mga organismo bilang mga template ay nakatanggap ng malawakang atensyon [10]. Ang pamamaraan ng biological template at ang pamamaraan ng organic foam impregnation ay may magkatulad na pagkakatulad. Ang pamamaraan ng organic foam impregnation ay gumagamit ng artipisyal na espongha bilang template, habang ang pamamaraan ng biological template ay gumagamit ng mga natural na organismo bilang template.
Ang pamamaraan ng biological template para sa paghahanda ng porous silicon carbide ceramics ay may mga bentahe ng simpleng proseso at mababang gastos. Maaari itong makagawa ng mga keramika na may masalimuot na hugis at maaaring kopyahin ang istruktura ng mga natural na biological na materyales sa pinakamalawak na lawak. Gayunpaman, ang biological template ay madaling magbitak sa panahon ng proseso ng carbonization na may mataas na temperatura, na may malaking epekto sa mga mekanikal na katangian ng porous silicon carbide ceramics. Bukod dito, ang istruktura ng butas ng inihandang porous silicon carbide ceramics ay pangunahing nakasalalay sa microstructure ng biological template mismo, at ang kakayahang idisenyo nito ay mahina. Bukod pa rito, ang pamamaraang ito ay mayroon ding ilang mga disbentaha, tulad ng medyo mababang conversion efficiency ng SiC, madaling pagkalat ng SiC reaction layer, at isang mahabang cycle ng paghahanda.
Oras ng pag-post: Hulyo 22, 2025