Teknik Persiapan Khusus untuk Keramik Silikon Karbida

Keramik silikon karbida (SiC).bahan memiliki serangkaian sifat yang sangat baik, termasuk kekuatan suhu tinggi, ketahanan oksidasi yang kuat, ketahanan aus yang unggul, stabilitas termal, koefisien muai panas yang rendah, konduktivitas termal yang tinggi, kekerasan tinggi, ketahanan guncangan termal, dan ketahanan korosi kimia. Karakteristik tersebut membuat keramik SiC semakin dapat diterapkan di berbagai bidang seperti otomotif, industri mekanik dan kimia, perlindungan lingkungan, teknologi luar angkasa, elektronik informasi, dan energi.keramik SiCtelah menjadi bahan keramik struktural yang tak tergantikan di banyak sektor industri karena kinerjanya yang luar biasa.

Apa Karakteristik Struktural Yang DitingkatkanKeramik SiC?

Sifat unggul darikeramik SiCterkait erat dengan struktur uniknya. SiC merupakan senyawa dengan ikatan kovalen yang sangat kuat, dimana karakter ionik ikatan Si-C hanya sekitar 12%. Hal ini menghasilkan kekuatan tinggi dan modulus elastisitas yang besar, sehingga memberikan ketahanan aus yang sangat baik. SiC murni tidak terkorosi oleh larutan asam seperti HCl, HNO3, H2SO4, atau HF, atau oleh larutan basa seperti NaOH. Meskipun cenderung teroksidasi ketika dipanaskan di udara, pembentukan lapisan SiO2 di permukaan menghambat difusi oksigen lebih lanjut, sehingga menjaga laju oksidasi tetap rendah. Selain itu, SiC menunjukkan sifat semikonduktor, dengan konduktivitas listrik yang baik ketika sejumlah kecil pengotor dimasukkan, dan konduktivitas termal yang sangat baik.

Bagaimana Berbagai Bentuk Kristal SiC Mempengaruhi Sifatnya?

SiC ada dalam dua bentuk kristal utama: α dan β. β-SiC mempunyai struktur kristal kubik, dengan Si dan C membentuk kisi kubik berpusat muka. α-SiC terdapat di lebih dari 100 politipe, termasuk 4H, 15R, dan 6H, dengan 6H menjadi yang paling umum digunakan dalam aplikasi industri. Stabilitas politipe ini bervariasi menurut suhu. Di bawah 1600°C, SiC ada dalam bentuk β, sedangkan di atas 1600°C, β-SiC secara bertahap berubah menjadi berbagai politipe α-SiC. Misalnya, 4H-SiC terbentuk sekitar 2000°C, sedangkan politipe 15R dan 6H memerlukan suhu di atas 2100°C agar mudah terbentuk. Politipe 6H tetap stabil bahkan di atas 2200°C. Perbedaan kecil dalam energi bebas antara politipe ini berarti bahwa pengotor kecil sekalipun dapat mengubah hubungan stabilitas termalnya.

Apa Teknik Memproduksi Bubuk SiC?

Pembuatan serbuk SiC dapat dikategorikan menjadi sintesis fase padat dan sintesis fase cair berdasarkan keadaan awal bahan bakunya.

Apa Metode yang Terlibat dalam Sintesis Fase Padat? 

Sintesis fase padat terutama mencakup reduksi karbotermal dan reaksi silikon-karbon langsung. Metode reduksi karbotermal meliputi proses Acheson, metode tungku vertikal, dan metode tungku putar suhu tinggi. Proses Acheson, ditemukan oleh Acheson, melibatkan reduksi silika dalam pasir kuarsa dengan karbon dalam tungku listrik Acheson, yang digerakkan oleh reaksi elektrokimia pada suhu tinggi dan medan listrik yang kuat. Metode ini, dengan sejarah produksi industri selama lebih dari satu abad, menghasilkan partikel SiC yang relatif kasar dan memiliki konsumsi daya yang tinggi, yang sebagian besar hilang dalam bentuk panas.

Pada tahun 1970an, perbaikan pada proses Acheson menyebabkan perkembangan pada tahun 1980an, seperti tungku vertikal dan tungku putar suhu tinggi untuk mensintesis bubuk β-SiC, dengan kemajuan lebih lanjut pada tahun 1990an. Ohsaki dkk. menemukan bahwa gas SiO yang dilepaskan dari pemanasan campuran SiO2 dan bubuk Si bereaksi dengan karbon aktif, dengan peningkatan suhu dan perpanjangan waktu penahanan mengurangi luas permukaan spesifik bubuk karena semakin banyak gas SiO yang dilepaskan. Metode reaksi silikon-karbon langsung, suatu penerapan sintesis suhu tinggi yang merambat sendiri, melibatkan penyalaan badan reaktan dengan sumber panas eksternal dan menggunakan panas reaksi kimia yang dilepaskan selama sintesis untuk mempertahankan proses. Metode ini memiliki konsumsi energi yang rendah, peralatan dan proses yang sederhana, serta produktivitas yang tinggi, meskipun reaksinya sulit dikendalikan. Reaksi eksotermik yang lemah antara silikon dan karbon menjadikannya sulit untuk menyala dan bertahan pada suhu kamar, sehingga memerlukan sumber energi tambahan seperti tungku kimia, arus searah, pemanasan awal, atau medan listrik tambahan.

Bagaimana Serbuk SiC Disintesis Menggunakan Metode Fase Cair? 

Metode sintesis fase cair meliputi teknik dekomposisi sol-gel dan polimer. Ewell dkk. pertama kali mengusulkan metode sol-gel, yang kemudian diterapkan pada pembuatan keramik sekitar tahun 1952. Metode ini menggunakan reagen kimia cair untuk membuat prekursor alkoksida, yang dilarutkan pada suhu rendah untuk membentuk larutan homogen. Dengan menambahkan bahan pembentuk gel yang sesuai, alkoksida mengalami hidrolisis dan polimerisasi untuk membentuk sistem sol yang stabil. Setelah didiamkan atau dikeringkan dalam waktu lama, Si dan C tercampur secara merata pada tingkat molekuler. Memanaskan campuran ini hingga 1460-1600°C menginduksi reaksi reduksi karbotermal untuk menghasilkan bubuk SiC halus. Parameter utama yang harus dikontrol selama pemrosesan sol-gel meliputi pH larutan, konsentrasi, suhu reaksi, dan waktu. Metode ini memfasilitasi penambahan berbagai komponen jejak secara homogen tetapi memiliki kelemahan seperti sisa hidroksil dan pelarut organik yang berbahaya bagi kesehatan, biaya bahan baku yang tinggi, dan penyusutan yang signifikan selama pemrosesan.

Dekomposisi polimer organik pada suhu tinggi adalah metode lain yang efektif untuk memproduksi SiC:

Polisiloksan gel dipanaskan untuk menguraikannya menjadi monomer kecil, akhirnya membentuk SiO2 dan C, yang kemudian mengalami reduksi karbotermal untuk menghasilkan bubuk SiC.

Memanaskan polikarbosilan untuk menguraikannya menjadi monomer kecil, membentuk kerangka yang pada akhirnya menghasilkan bubuk SiC. Teknik sol-gel terkini telah memungkinkan produksi bahan sol/gel berbasis SiO2, memastikan distribusi sintering dan aditif pengerasan yang homogen di dalam gel, yang memfasilitasi pembentukan bubuk keramik SiC berkinerja tinggi.

Mengapa Sintering Tanpa Tekanan Dianggap sebagai Teknik yang MenjanjikanKeramik SiC?

Sintering tanpa tekanan dianggap sebagai metode yang sangat menjanjikansintering SiC. Tergantung pada mekanisme sinteringnya, sintering dapat dibagi menjadi sintering fase padat dan sintering fase cair. S. Proehazka mencapai kepadatan relatif di atas 98% untuk benda sinter SiC dengan menambahkan B dan C dalam jumlah yang sesuai ke bubuk β-SiC ultra-halus (dengan kandungan oksigen di bawah 2%) dan melakukan sintering pada 2020°C di bawah tekanan normal. A.Mulla dkk. menggunakan Al2O3 dan Y2O3 sebagai aditif untuk sinter 0,5μm β-SiC (dengan sejumlah kecil SiO2 pada permukaan partikel) pada 1850-1950°C, mencapai kepadatan relatif lebih besar dari 95% kepadatan teoritis dan butiran halus dengan rata-rata ukuran 1,5μm.

Bagaimana Peningkatan Sintering Tekan PanasKeramik SiC?

Nadeau menunjukkan bahwa SiC murni hanya dapat disinter secara padat pada suhu yang sangat tinggi tanpa bantuan sintering apa pun, sehingga mendorong banyak orang untuk mengeksplorasi sintering hot press. Sejumlah penelitian telah meneliti efek penambahan B, Al, Ni, Fe, Cr, dan logam lainnya pada densifikasi SiC, dengan Al dan Fe ditemukan paling efektif untuk mendorong sintering tekan panas. F.F. Lange menyelidiki kinerja SiC sinter panas dengan jumlah Al2O3 yang bervariasi, menghubungkan densifikasi dengan mekanisme disolusi-represipitasi. Namun sintering hot press hanya dapat menghasilkan komponen SiC berbentuk sederhana, dan jumlah produk dalam satu proses sintering terbatas sehingga kurang cocok untuk produksi industri.

Apa Manfaat dan Keterbatasan Sintering Reaksi untuk SiC?

SiC yang disinter reaksi, juga dikenal sebagai SiC berikatan sendiri, melibatkan reaksi benda hijau berpori dengan fase gas atau cair untuk meningkatkan massa, mengurangi porositas, dan menyinternya menjadi produk yang kuat dan akurat secara dimensi. Prosesnya melibatkan pencampuran bubuk α-SiC dan grafit dalam perbandingan tertentu, pemanasan hingga sekitar 1650°C, dan infiltrasi benda hijau dengan Si cair atau gas Si, yang bereaksi dengan grafit membentuk β-SiC, mengikat α-SiC yang ada. partikel. Infiltrasi Si yang lengkap menghasilkan benda sinter reaksi yang padat dan berdimensi stabil. Dibandingkan dengan metode sintering lainnya, sintering reaksi melibatkan perubahan dimensi minimal selama pemadatan, sehingga memungkinkan pembuatan komponen yang presisi. Namun, kehadiran SiC dalam jumlah besar dalam badan sinter menyebabkan kinerja suhu tinggi yang lebih buruk.

Singkatnya,keramik SiCdihasilkan oleh sintering tanpa tekanan, sintering pengepresan panas, pengepresan isostatik panas, dan sintering reaksi menunjukkan karakteristik kinerja yang bervariasi.keramik SiCdari pengepresan panas dan pengepresan isostatik panas umumnya memiliki kepadatan sinter dan kekuatan lentur yang lebih tinggi, sedangkan SiC yang disinter reaksi memiliki nilai yang relatif lebih rendah. Sifat mekanik darikeramik SiCjuga bervariasi dengan aditif sintering yang berbeda. Tanpa tekanan, pengepresan panas, dan sintering reaksikeramik SiCmenunjukkan ketahanan yang baik terhadap asam dan basa kuat, tetapi SiC yang disinter reaksi memiliki ketahanan korosi yang lebih buruk terhadap asam kuat seperti HF. Dalam hal kinerja suhu tinggi, hampir semuanyakeramik SiCmenunjukkan peningkatan kekuatan di bawah 900°C, sedangkan kekuatan lentur SiC sinter reaksi menurun tajam di atas 1400°C karena adanya Si bebas. Kinerja suhu tinggi dari pengepresan isostatik tanpa tekanan dan panaskeramik SiCterutama tergantung pada jenis aditif yang digunakan.

Sedangkan masing-masing metode sintering untukkeramik SiCmemiliki kelebihan, kemajuan teknologi yang pesat memerlukan perbaikan yang berkelanjutankeramik SiCkinerja, teknik manufaktur, dan pengurangan biaya. Mencapai sintering suhu rendahkeramik SiCsangat penting untuk menurunkan konsumsi energi dan biaya produksi, sehingga mendorong industrialisasikeramik SiCproduk.**

Kami di Semicorex berspesialisasi dalamKeramik SiCdan Bahan Keramik lainnya yang digunakan dalam pembuatan semikonduktor, jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon: +86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com