Review 9 Teknik Sintering Keramik Silikon Karbida

Silikon karbida (SiC), keramik struktural terkemuka, terkenal karena sifatnya yang luar biasa, termasuk kekuatan suhu tinggi, kekerasan, modulus elastisitas, ketahanan aus, konduktivitas termal, dan ketahanan terhadap korosi. Atribut-atribut ini membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi, mulai dari penggunaan industri tradisional pada furnitur kiln bersuhu tinggi, nozel pembakar, penukar panas, cincin penyegel, dan bantalan geser, hingga aplikasi tingkat lanjut seperti pelindung balistik, cermin ruang, wafer semikonduktor, dan chuck wafer semikonduktor. dan kelongsong bahan bakar nuklir.

Proses sintering sangat penting dalam menentukan sifat akhirkeramik SiC. Penelitian ekstensif telah mengarah pada pengembangan berbagai teknik sintering, mulai dari metode yang sudah ada seperti sintering reaksi, sintering tanpa tekanan, sintering rekristalisasi, dan pengepresan panas, hingga inovasi yang lebih baru seperti sintering plasma percikan, sintering flash, dan sintering tekanan osilasi.

Berikut adalah melihat lebih dekat sembilan hal yang menonjolkeramik SiCteknik sintering:

1. Penekanan Panas:

Dipelopori oleh Alliegro dkk. di Norton Company, pengepresan panas melibatkan penerapan panas dan tekanan secara bersamaan pada abubuk SiCkompak dalam dadu. Metode ini memungkinkan pemadatan dan pembentukan secara simultan. Meskipun efektif, pengepresan panas memerlukan peralatan yang rumit, cetakan khusus, dan kontrol proses yang ketat. Keterbatasannya meliputi konsumsi energi yang tinggi, kompleksitas bentuk yang terbatas, dan biaya produksi yang tinggi.

2. Reaksi Sintering:

Pertama kali diusulkan oleh P. Popper pada tahun 1950an, reaksi sintering melibatkan pencampuranbubuk SiCdengan sumber karbon. Badan hijau, dibentuk melalui pengecoran slip, pengepresan kering, atau pengepresan isostatik dingin, mengalami proses infiltrasi silikon. Pemanasan di atas 1500°C dalam ruang hampa atau atmosfer inert akan melelehkan silikon, yang menyusup ke badan berpori melalui aksi kapiler. Silikon cair atau gas bereaksi dengan karbon, membentuk β-SiC in-situ yang berikatan dengan partikel SiC yang ada, menghasilkan keramik padat.

SiC terikat reaksi menawarkan suhu sintering yang rendah, efektivitas biaya, dan densifikasi yang tinggi. Penyusutan yang dapat diabaikan selama sintering membuatnya sangat cocok untuk komponen berukuran besar dan berbentuk kompleks. Aplikasi yang umum termasuk furnitur kiln suhu tinggi, tabung pancaran, penukar panas, dan nozel desulfurisasi.

Rute Proses Semicorex dari Kapal RBSiC

3. Sintering Tanpa Tekanan:

Dikembangkan oleh S. Prochazka dkk. di GE pada tahun 1974, sintering tanpa tekanan menghilangkan kebutuhan akan tekanan eksternal. Densifikasi terjadi pada 2000-2150°C di bawah tekanan atmosfer (1,01×105 Pa) dalam atmosfer inert dengan bantuan aditif sintering. Sintering tanpa tekanan selanjutnya dapat dikategorikan menjadi sintering fase padat dan sintering fase cair.

Sintering tanpa tekanan keadaan padat mencapai kepadatan tinggi (3,10-3,15 g/cm3) tanpa fase kaca intergranular, menghasilkan sifat mekanik suhu tinggi yang luar biasa, dengan suhu penggunaan mencapai 1600°C. Namun, pertumbuhan butiran yang berlebihan pada suhu sintering yang tinggi dapat berdampak negatif terhadap kekuatan.

Sintering tanpa tekanan fase cair memperluas cakupan aplikasi keramik SiC. Fase cair, yang dibentuk dengan meleburkan satu komponen atau reaksi eutektik beberapa komponen, meningkatkan kinetika densifikasi dengan menyediakan jalur difusivitas yang tinggi, sehingga menghasilkan suhu sintering yang lebih rendah dibandingkan dengan sintering keadaan padat. Ukuran butiran halus dan sisa fase cair intergranular dalam SiC sinter fase cair mendorong transisi dari rekahan transgranular ke intergranular, sehingga meningkatkan kekuatan lentur dan ketangguhan patah.

Sintering tanpa tekanan adalah teknologi matang dengan keunggulan seperti efektivitas biaya dan keserbagunaan bentuk. SiC sinter solid-state, khususnya, menawarkan kepadatan tinggi, struktur mikro yang seragam, dan kinerja keseluruhan yang sangat baik, sehingga cocok untuk komponen tahan aus dan korosi seperti cincin penyegel dan bantalan geser.

Armor Silikon Karbida Sinter Tanpa Tekanan

4. Sintering Rekristalisasi:

Pada 1980-an, Kriegesmann mendemonstrasikan pembuatan rekristalisasi berkinerja tinggikeramik SiCdengan slip casting diikuti dengan sintering pada suhu 2450°C. Teknik ini dengan cepat diadopsi untuk produksi skala besar oleh FCT (Jerman) dan Norton (AS).

SiC yang dikristalisasi ulang melibatkan sintering benda hijau yang dibentuk dengan mengemas partikel SiC dengan ukuran berbeda. Partikel halus, terdistribusi secara merata di dalam celah partikel yang lebih kasar, menguap dan mengembun pada titik kontak partikel yang lebih besar pada suhu di atas 2100°C dalam atmosfer yang terkendali. Mekanisme evaporasi-kondensasi ini membentuk batas butir baru pada leher partikel, menyebabkan pertumbuhan butir, pembentukan leher, dan badan sinter dengan porositas sisa.

Fitur utama SiC yang direkristalisasi meliputi:

Penyusutan Minimal: Tidak adanya batas butir atau difusi volume selama sintering mengakibatkan penyusutan yang dapat diabaikan.

Pembentukan Jaring Dekat: Kepadatan sinter tetap hampir identik dengan kepadatan benda hijau.

Batas Butir Bersih: SiC yang dikristalisasi menunjukkan batas butir bersih tanpa fase kaca atau kotoran.

Porositas Residu: Badan sinter biasanya mempertahankan porositas 10-20%.

5. Penekanan Isostatik Panas (HIP):

HIP menggunakan tekanan gas inert (biasanya argon) untuk meningkatkan densifikasi. Serbuk padat SiC, disegel dalam wadah kaca atau logam, diberi tekanan isostatik di dalam tungku. Ketika suhu naik hingga kisaran sintering, kompresor mempertahankan tekanan gas awal beberapa megapascal. Tekanan ini semakin meningkat selama pemanasan, mencapai hingga 200 MPa, secara efektif menghilangkan pori-pori internal dan mencapai kepadatan tinggi.

6. Sintering Plasma Percikan (SPS):

SPS adalah teknik metalurgi serbuk baru untuk memproduksi material padat, termasuk logam, keramik, dan komposit. Ia menggunakan pulsa listrik berenergi tinggi untuk menghasilkan arus listrik berdenyut dan memicu plasma di antara partikel bubuk. Pemanasan lokal dan pembentukan plasma terjadi pada suhu yang relatif rendah dan jangka waktu yang singkat, sehingga memungkinkan sintering yang cepat. Proses ini secara efektif menghilangkan kontaminan permukaan, mengaktifkan permukaan partikel, dan mempercepat pemadatan. SPS telah berhasil digunakan untuk membuat keramik SiC padat menggunakan Al2O3 dan Y2O3 sebagai alat bantu sintering.

7. Sintering Gelombang Mikro:

Tidak seperti pemanasan konvensional, sintering gelombang mikro memanfaatkan hilangnya bahan dielektrik dalam medan elektromagnetik gelombang mikro untuk mencapai pemanasan volumetrik dan sintering. Metode ini menawarkan keuntungan seperti suhu sintering yang lebih rendah, laju pemanasan yang lebih cepat, dan densifikasi yang lebih baik. Peningkatan transportasi massal selama sintering gelombang mikro juga mendorong struktur mikro berbutir halus.

8. Sintering Flash:

Flash sintering (FS) telah mendapatkan perhatian karena konsumsi energinya yang rendah dan kinetika sintering yang sangat cepat. Prosesnya melibatkan penerapan tegangan pada benda hijau di dalam tungku. Setelah mencapai suhu ambang batas, peningkatan arus non-linier yang tiba-tiba menghasilkan pemanasan Joule yang cepat, yang menyebabkan densifikasi hampir seketika dalam hitungan detik.

9. Sintering Tekanan Osilasi (OPS):

Memperkenalkan tekanan dinamis selama sintering mengganggu interlocking dan aglomerasi partikel, sehingga mengurangi ukuran dan distribusi pori. Hal ini menghasilkan struktur mikro yang sangat padat, berbutir halus, dan homogen, menghasilkan keramik berkekuatan tinggi dan andal. Dipelopori oleh tim Xie Zhipeng di Universitas Tsinghua, OPS menggantikan tekanan statis konstan dalam sintering konvensional dengan tekanan osilasi dinamis.

OPS menawarkan beberapa keuntungan:

Kepadatan Hijau yang Ditingkatkan: Tekanan osilasi berkelanjutan mendorong penataan ulang partikel, secara signifikan meningkatkan kepadatan hijau pada serbuk padat.

Peningkatan Kekuatan Penggerak Sintering: OPS memberikan kekuatan pendorong yang lebih besar untuk densifikasi, meningkatkan rotasi butiran, geseran, dan aliran plastis. Hal ini sangat bermanfaat pada tahap akhir sintering, dimana frekuensi dan amplitudo osilasi terkontrol secara efektif menghilangkan pori-pori sisa pada batas butir.

Foto Peralatan Sintering Tekanan Osilasi

Perbandingan Teknik Umum:

Di antara teknik-teknik ini, sintering reaksi, sintering tanpa tekanan, dan sintering rekristalisasi banyak digunakan untuk produksi SiC industri, masing-masing memiliki keunggulan unik, menghasilkan struktur mikro, sifat, dan aplikasi yang berbeda.

SiC terikat reaksi:Menawarkan suhu sintering yang rendah, hemat biaya, penyusutan minimal, dan densifikasi tinggi, sehingga cocok untuk komponen besar dan berbentuk kompleks. Aplikasi yang umum termasuk furnitur kiln suhu tinggi, nozel pembakar, penukar panas, dan reflektor optik.

SiC sinter tanpa tekanan:Memberikan efektivitas biaya, keserbagunaan bentuk, kepadatan tinggi, struktur mikro yang seragam, dan sifat keseluruhan yang sangat baik, menjadikannya ideal untuk komponen presisi seperti segel, bantalan geser, pelindung balistik, reflektor optik, dan chuck wafer semikonduktor.

SiC yang dikristalisasi ulang:Dilengkapi fase SiC murni, kemurnian tinggi, porositas tinggi, konduktivitas termal yang sangat baik, dan ketahanan guncangan termal, sehingga cocok untuk furnitur tanur bersuhu tinggi, penukar panas, dan nozel pembakar.**

Kami di Semicorex berspesialisasi dalamKeramik SiC dan lainnyaBahan Keramikditerapkan dalam manufaktur semikonduktor, jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon: +86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com