Proses Persiapan Keramik SiC

Keramik silikon karbidaadalah salah satu bahan yang paling banyak digunakan dalam keramik struktural. Karena ekspansi termal yang relatif rendah, kekuatan spesifik yang tinggi, konduktivitas dan kekerasan termal yang tinggi, ketahanan aus dan ketahanan korosi, dan yang paling penting, kemampuannya untuk mempertahankan kinerja yang baik bahkan pada suhu setinggi 1650°C, keramik silikon karbida banyak digunakan di berbagai bidang.

Metode sintering umum untuk keramik silikon karbida meliputi: sintering tanpa tekanan, sintering reaksi, dan sintering rekristalisasi.

1. SiC sinter reaksi (RBSiC)

Reaksi sintering melibatkan pencampuran sumber karbon dengan bubuk silikon karbida, membentuk padat, dan kemudian membiarkan silikon cair menyusup ke dalam padat pada suhu tinggi dan bereaksi dengan karbon untuk membentuk β-SiC, mencapai densifikasi. Ini menunjukkan penyusutan mendekati nol, sehingga cocok untuk bagian yang besar dan kompleks. Ini juga menawarkan suhu sintering yang rendah dan biaya rendah, tetapi silikon bebas dapat mengurangi kinerja suhu tinggi.

SiC sinter reaksi adalah keramik struktural yang sangat menarik dengan sifat mekanik yang sangat baik seperti kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan oksidasi. Selain itu, ia memiliki suhu sintering yang rendah, biaya sintering yang rendah, dan pembentukan bentuk mendekati jaring.

Proses sintering reaksinya sederhana. Proses ini melibatkan pencampuran sumber karbon dan bubuk SiC untuk menyiapkan benda hijau, kemudian, di bawah gaya kapiler suhu tinggi, silikon cair diinfiltrasi ke dalam benda hijau berpori. Silikon cair ini bereaksi dengan sumber karbon di dalam benda hijau untuk membentuk fase β-SiC, yang secara bersamaan berikatan erat dengan α-SiC asli. Pori-pori yang tersisa diisi dengan silikon cair, sehingga mencapai pemadatan bahan keramik. Selama sintering, ukurannya diperkecil, sehingga menghasilkan bentuk mendekati jaring, memungkinkan pembuatan bentuk kompleks sesuai kebutuhan. Oleh karena itu, banyak digunakan dalam produksi industri berbagai produk keramik.

Dalam hal aplikasi, bahan furnitur kiln suhu tinggi, tabung radiasi, penukar panas, dan nozel desulfurisasi adalah aplikasi umum dari keramik silikon karbida sinter reaksi. Selain itu, karena koefisien muai panas silikon karbida yang rendah, modulus elastisitas yang tinggi, dan karakteristik pembentukan bentuk hampir jaring, silikon karbida sinter reaksi juga merupakan bahan yang ideal untuk cermin ruang angkasa. Selain itu, seiring bertambahnya ukuran wafer dan suhu perlakuan panas, silikon karbida sinter reaksi secara bertahap menggantikan kaca kuarsa. Komponen silikon karbida (SiC) dengan kemurnian tinggi yang mengandung fase silikon parsial dapat diproduksi menggunakan bubuk silikon karbida dengan kemurnian tinggi dan silikon dengan kemurnian tinggi. Komponen ini banyak digunakan dalam perlengkapan pendukung tabung elektron dan peralatan pembuatan wafer semikonduktor.

2. SiC (SSiC) yang disinter tanpa tekanan

Sintering tanpa tekanan dibagi menjadi sintering fase padat dan fase cair: Sintering fase padat, dengan penambahan aditif B/C, mencapai densifikasi difusi fase padat pada suhu tinggi, menghasilkan kinerja suhu tinggi yang baik tetapi butiran menjadi kasar. Sintering fase cair menggunakan aditif seperti Al2O3-Y2O3 untuk membentuk fase cair, menurunkan suhu, menghasilkan butiran yang lebih halus dan ketangguhan yang lebih tinggi. Teknologi ini berbiaya rendah, memungkinkan berbagai bentuk, dan cocok untuk komponen struktural presisi seperti cincin penyegel, bantalan, dan pelindung antipeluru.

Sintering tanpa tekanan dianggap sebagai metode sintering yang paling menjanjikan untuk SiC. Metode ini dapat beradaptasi dengan berbagai proses pembentukan, memiliki biaya produksi yang lebih rendah, tidak dibatasi oleh bentuk atau ukuran, dan merupakan metode sintering yang paling umum dan termudah untuk produksi massal.

Sintering tanpa tekanan melibatkan penambahan boron dan karbon ke β-SiC yang mengandung sejumlah kecil oksigen dan sintering pada suhu sekitar 2000℃ dalam atmosfer inert untuk mendapatkan benda sinter silikon karbida dengan kepadatan teoritis 98%. Metode ini umumnya memiliki dua pendekatan: sintering keadaan padat dan sintering keadaan cair. Silikon karbida sinter padat tanpa tekanan menunjukkan kepadatan dan kemurnian tinggi, dan khususnya, ia memiliki konduktivitas termal tinggi yang unik dan kekuatan suhu tinggi yang sangat baik, sehingga mudah untuk diproses menjadi perangkat keramik berukuran besar dan berbentuk kompleks.

Produk silikon karbida sinter tanpa tekanan: (a) segel keramik; (b) bantalan keramik; (c) pelat antipeluru

Dari segi aplikasi, sintering SiC tanpa tekanan mudah dioperasikan, cukup hemat biaya, dan cocok untuk produksi massal komponen keramik dalam berbagai bentuk. Hal ini banyak digunakan dalam cincin penyegel tahan aus dan tahan korosi, bantalan geser, dll. Selain itu, keramik silikon karbida sinter tanpa tekanan banyak digunakan dalam baju besi antipeluru, seperti untuk perlindungan kendaraan dan kapal, serta brankas sipil dan truk lapis baja, karena kekerasannya yang tinggi, berat jenis yang rendah, kinerja balistik yang baik, kemampuan menyerap lebih banyak energi setelah kerusakan, dan biaya rendah. Sebagai bahan pelindung antipeluru, bahan ini menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap berbagai benturan, dan efek perlindungan keseluruhannya lebih unggul daripada keramik silikon karbida biasa. Ketika digunakan pada pelindung keramik silinder ringan, titik patahnya dapat mencapai lebih dari 65 ton, menunjukkan kinerja perlindungan yang jauh lebih baik daripada pelindung keramik silinder yang menggunakan keramik silikon karbida biasa.

3. Keramik SiC sinter rekristalisasi (R-SiC)

Sintering rekristalisasi melibatkan partikel SiC kasar dan halus bertingkat serta perlakuan suhu tinggi. Partikel halus menguap dan mengembun di leher partikel kasar, membentuk struktur penghubung tanpa pengotor batas butir. Produk ini memiliki porositas 10-20%, konduktivitas termal dan ketahanan guncangan termal yang baik, tetapi kekuatannya rendah. Tidak ada penyusutan volume dan cocok untuk furnitur kiln berpori, dll.

Teknologi sintering rekristalisasi telah menarik perhatian luas karena tidak memerlukan penambahan alat bantu sintering. Sintering rekristalisasi adalah metode paling umum untuk menyiapkan perangkat keramik SiC skala besar dengan kemurnian sangat tinggi. Proses pembuatan keramik SiC sinter rekristalisasi (R-SiC) adalah sebagai berikut: serbuk SiC kasar dan halus dengan ukuran partikel berbeda dicampur dalam proporsi tertentu dan dibuat menjadi blanko hijau melalui proses seperti slip casting, pencetakan, dan ekstrusi. Kemudian, blanko hijau dibakar pada suhu tinggi 2200~2450 ℃ dalam suasana inert. Akhirnya, partikel halus secara bertahap menguap menjadi fase gas dan mengembun pada titik kontak dengan partikel kasar, membentuk keramik R-SiC.

R-SiC terbentuk pada suhu tinggi dan memiliki kekerasan kedua setelah berlian. Ini mempertahankan banyak sifat SiC yang sangat baik, seperti kekuatan suhu tinggi yang tinggi, ketahanan korosi yang kuat, ketahanan oksidasi yang sangat baik, dan ketahanan guncangan termal yang baik. Oleh karena itu, ini merupakan kandidat material yang ideal untuk furnitur kiln bersuhu tinggi, penukar panas, atau nozel pembakaran. Di bidang kedirgantaraan dan militer, silikon karbida rekristalisasi digunakan untuk memproduksi komponen struktural kendaraan dirgantara, seperti mesin, sirip ekor, dan badan pesawat. Karena sifat mekaniknya yang unggul, ketahanan terhadap korosi, dan ketahanan benturan, hal ini dapat sangat meningkatkan kinerja dan masa pakai kendaraan luar angkasa.

Semicorex menawarkan penyesuaianproduk SiC. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.
Hubungi telepon #+86-13567891907
Email: penjualan@semicorex.com