Од прав до цврста керамика: методи за обликување и синтерување
Самиот SiC прав не е силна, густа керамика. За да се создаде цврст предмет, прашокот мора да се обликува и потоа да се спои заедно во процес наречен синтерување. Клучниот предизвик е што SiC има силни ковалентни врски, што го отежнува синтерувањето. Затоа, потребни се посебни техники. Трите главни методи се:
1. Синтерување (Синтерување во цврста состојба)
Ова е најчестиот метод за правење компоненти во сложена форма.
# Мешање: Прашокот SiC се меша со средство за синтерување, обично мала количина на бор (B) и јаглерод (C). Јаглеродот помага да се отстрани оксидниот слој на честичките SiC, а борот промовира атомска дифузија.
# Обликување: Смесата во прав се обликува во „зелено тело“ (несинтерирана форма). Ова може да се направи со:
* Суво пресување: едноаксијално или изостатско пресување за едноставни форми.
* Екструзија: за долги, континуирани форми како цевки или прачки.
* Вбризгување: За многу сложени и сложени форми.
# Синтерување: Зеленото тело се загрева во инертна атмосфера (како аргон) на температури околу 2000°C - 2100°C (3630°F - 3810°F). На оваа температура, честичките се дифузираат една во друга на точките на допир, поврзувајќи се заедно за да формираат густа, цврста керамика со минимална порозност.
Резултат: синтеруван силициум карбид (SSiC). Има висока чистота, одлична отпорност на абење и добра механичка сила.
2. Реакциско поврзување (или силиконизирање)
Овој метод создава дел во форма на речиси мрежа со минимално собирање.
# Обликување: Мешавина од SiC прав и јаглерод (на пример, графит) се формира во порозно зелено тело.
# Инфилтрација: Зеленото тело потоа се става во контакт со стопениот силикон метал (Si) во печка под вакуум.
# Реакција: Растопениот силициум се вовлекува во порозното тело со капиларно дејство. Потоа реагира со јаглеродот во телото за да формира нов силициум карбид (Si + C → SiC), кој ги поврзува оригиналните SiC честички заедно.
# Вишок силикон: Сите празни места што не се пополнети со реакцијата се полни со резидуален силициум метал.
Резултат: Силициум карбид поврзан со реакција (RBSC) или силиконизиран силициум карбид. Тој е погуст од SSiC, но содржи 5-15% слободен силициум, што ја намалува неговата јачина на висока температура и хемиската отпорност во споредба со SSiC.
3. Топло пресување
Овој метод произведува најголема густина и сила, но е поскап и ограничен на едноставни форми.
# Процес: SiC прав (со помош за синтерување) се става во матрица, обично направена од графит.
# Истовремена топлина и притисок: матрицата се загрева до температури на синтерување (~1900°C - 2000°C) додека истовремено се применува многу висок едноаксијален притисок (десетици MPa).
# Придобивка: Комбинацијата на топлина и притисок го поттикнува згуснувањето поефикасно и на пониска температура од синтерувањето без притисок.
Резултат: Силикон карбид со топло цедење (HPSiC). Има супериорни механички својства, но обично се произведува како едноставни форми како плочи или блокови кои бараат последователна обработка со дијамантски алатки.
Завршен чекор: Обработка
По синтерувањето, компонентата е блиску до својата конечна форма, но често бара прецизна обработка. Бидејќи SiC е исклучително тврд (9,5 по Мохсовата скала, блиску до дијамант), ова може да се направи само со помош на тркала или алатки за брусење импрегнирани со дијаманти.
Накратко, правењето керамика од силициум карбид е процес во повеќе чекори кој вклучува прво синтетизирање на ултра-тврдиот прав, а потоа користење на специјализирани техники со висока температура за да се згусне во силен, издржлив инженерски материјал.
Можеби ќе ви се допадне: цирконија керамика, керамичка компонента
