Kajian Keramik SiC Sinter Reaksi dan Sifatnya

Mengapa Silikon Karbida Penting?

Silikon karbida (SiC) adalah senyawa yang dibentuk oleh ikatan kovalen antara silikon dan atom karbon, yang dikenal dengan ketahanan aus yang sangat baik, ketahanan guncangan termal, ketahanan korosi, dan konduktivitas termal yang tinggi. Ini banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, manufaktur mekanik, petrokimia, peleburan logam, dan industri elektronik, terutama untuk pembuatan suku cadang tahan aus dan komponen struktural suhu tinggi.Keramik silikon karbida sinter reaksiadalah salah satu keramik struktural pertama yang mencapai produksi skala industri. Tradisionalkeramik silikon karbida yang disinter reaksiterbuat dari bubuk silikon karbida dan sejumlah kecil bubuk karbon melalui sintering reaksi infiltrasi silikon suhu tinggi, yang memerlukan waktu sintering yang lama, suhu tinggi, konsumsi energi tinggi, dan biaya tinggi. Dengan meningkatnya penerapan teknologi silikon karbida sinter reaksi, metode tradisional tidak cukup untuk memenuhi permintaan industri akan produk berbentuk kompleks.keramik silikon karbida.

Apa Kemajuan Terkini dalamSilikon Karbida Sinter Reaksi?

Kemajuan terkini telah menghasilkan produksi dengan kepadatan tinggi dan kekuatan lentur tinggikeramik silikon karbidamenggunakan bubuk silikon karbida berukuran nano, yang secara signifikan meningkatkan sifat mekanik material. Namun, mahalnya harga bubuk silikon karbida berukuran nano, dengan harga lebih dari puluhan ribu dolar per ton, menghambat penerapan skala besar. Dalam pekerjaan ini, kami menggunakan arang kayu yang tersedia secara luas sebagai sumber karbon dan silikon karbida berukuran mikron sebagai agregat, menggunakan teknologi slip casting untuk mempersiapkannya.keramik silikon karbida yang disinter reaksitubuh hijau. Pendekatan ini menghilangkan kebutuhan akan bubuk silikon karbida pra-sintesis, mengurangi biaya produksi, dan memungkinkan pembuatan produk berdinding tipis yang besar dan berbentuk kompleks, memberikan referensi untuk meningkatkan kinerja dan penerapankeramik silikon karbida yang disinter reaksi.

Apa Bahan Baku yang Digunakan?

Bahan baku yang digunakan dalam percobaan ini antara lain:

Silikon karbida dengan ukuran partikel rata-rata (d50) 3,6 μm dan kemurnian (w(SiC)) ≥ 98%

Karbon hitam dengan ukuran partikel median (d50) 0,5 μm dan kemurnian (w©) ≥ 99%

Grafit dengan ukuran partikel median (d50) 10 μm dan kemurnian (w©) ≥ 99%

Dispersan: Polivinilpirolidon (PVP) K30 (nilai K 27-33) dan K90 (nilai K 88-96)

Peredam air: Polikarboksilat CE-64

Agen rilis: AO

Air deionisasi

Bagaimana Percobaan Dilakukan?

Percobaan dilakukan sebagai berikut:

Pencampuran bahan baku sesuai Tabel 1 menggunakan mixer listrik selama 4 jam hingga diperoleh slurry yang tercampur merata.

Dengan menjaga viskositas bubur ≤ 1000 mPa·s, bubur campuran dituangkan ke dalam cetakan gipsum yang telah disiapkan untuk pengecoran slip, dibiarkan mengalami dehidrasi melalui cetakan gipsum selama 2-3 menit untuk membentuk benda hijau.

Badan hijau ditempatkan di tempat sejuk selama 48 jam, kemudian dikeluarkan dari cetakan, dan dikeringkan dalam oven pengering vakum pada suhu 80°C selama 4-6 jam.

Degumming badan hijau dilakukan dalam tungku peredam pada suhu 800°C selama 2 jam untuk mendapatkan bentuk awal.

Bentuk awal ditanam dalam bubuk campuran karbon hitam, bubuk silikon, dan boron nitrida dengan perbandingan massa 1:100:2000, dan disinter dalam tungku pada suhu 1720°C selama 2 jam untuk mendapatkan keramik silikon karbida bubuk halus sepenuhnya. .

Metode Apa yang Digunakan untuk Pengujian Kinerja?

Pengujian kinerja meliputi:

Mengukur kekentalan slurry pada berbagai waktu pencampuran (1-5 jam) dengan menggunakan viskometer putar pada suhu kamar.

Mengukur kepadatan volume preform mengikuti standar nasional GB/T 25995-2010.

Mengukur kekuatan lentur sampel sinter pada suhu 1720°C menurut GB/T 6569-2006, dengan dimensi sampel 3 mm × 4 mm × 36 mm, bentang 30 mm, dan kecepatan pemuatan 0,5 mm·min^-1 .

Menganalisis komposisi fasa dan struktur mikro sampel yang disinter pada suhu 1720°C menggunakan XRD dan SEM.

Bagaimana Waktu Pencampuran Mempengaruhi Viskositas Bubur, Kepadatan Volume Bentuk Awal, dan Porositas Semu?

Gambar 1 dan 2 masing-masing menunjukkan hubungan antara waktu pencampuran dan viskositas bubur untuk sampel 2#, dan hubungan antara waktu pencampuran dan kepadatan volume bentuk awal serta porositas semu.

Gambar 1 menunjukkan bahwa seiring bertambahnya waktu pencampuran, viskositas menurun, mencapai minimum 721 mPa·s pada 4 jam dan kemudian stabil.

Gambar 2 menunjukkan bahwa sampel 2# memiliki kepadatan volume maksimum sebesar 1,47 g·cm^-3 dan porositas semu minimum sebesar 32,4%. Viskositas yang lebih rendah menghasilkan dispersi yang lebih baik, sehingga menghasilkan bubur yang lebih seragam dan lebih baikkeramik silikon karbidapertunjukan. Waktu pencampuran yang tidak mencukupi menyebabkan pencampuran bubuk halus silikon karbida tidak merata, sedangkan waktu pencampuran yang berlebihan akan menguapkan lebih banyak air, sehingga mengganggu kestabilan sistem. Waktu pencampuran optimal untuk menyiapkan keramik silikon karbida bubuk halus adalah 4 jam.

Tabel 2 mencantumkan viskositas bubur, kepadatan volume bentuk awal, dan porositas semu dari sampel 2# dengan penambahan grafit dan sampel 6# tanpa penambahan grafit. Penambahan grafit menurunkan viskositas bubur, meningkatkan kepadatan volume awal, dan mengurangi porositas karena efek pelumasan grafit, sehingga menghasilkan dispersi yang lebih baik dan peningkatan kepadatan bubuk halus sepenuhnya.keramik silikon karbida. Tanpa grafit, bubur memiliki viskositas yang lebih tinggi, dispersi dan stabilitas yang lebih buruk, sehingga diperlukan penambahan grafit.

Gambar 3 menampilkan kepadatan volume awal dan porositas nyata dari sampel dengan kandungan karbon hitam yang berbeda. Sampel 2# memiliki kepadatan volume tertinggi sebesar 1,47 g·cm^-3 dan porositas semu terendah sebesar 32,4%. Namun, porositas yang terlalu rendah menghambat infiltrasi silikon.

Gambar 4 menunjukkan spektrum XRD sampel 2# preforms dan sampel yang disinter pada 1720°C. Bentuk awal mengandung grafit dan β-SiC, sedangkan sampel yang disinter mengandung Si, β-SiC, dan α-SiC, menunjukkan beberapa β-SiC berubah menjadi α-SiC pada suhu tinggi. Sampel yang disinter juga menunjukkan peningkatan Si dan penurunan kandungan C karena infiltrasi silikon suhu tinggi, dimana Si bereaksi dengan C membentuk SiC, mengisi pori-pori.

Gambar 5 menunjukkan morfologi rekahan dari sampel preform yang berbeda. Gambar tersebut memperlihatkan silikon karbida halus, grafit, dan pori-pori. Sampel 1#, 4#, dan 5# memiliki fase serpihan yang lebih besar dan pori-pori yang lebih tidak merata karena pencampuran yang tidak merata, sehingga menghasilkan kepadatan awal yang rendah dan porositas yang tinggi. Sampel 2# dengan karbon hitam 5,94% (w) menunjukkan struktur mikro yang optimal.

Gambar 6 menunjukkan morfologi rekahan sampel 2# setelah sintering pada 1720°C, menampilkan partikel silikon karbida yang terdistribusi rapat dan merata dengan porositas minimal. Pertumbuhan partikel silikon karbida disebabkan oleh efek suhu tinggi. Partikel SiC baru yang lebih kecil juga terlihat di antara partikel kerangka SiC asli dari reaksi sintering, dengan beberapa sisa Si mengisi pori-pori asli, mengurangi konsentrasi tegangan namun berpotensi mempengaruhi kinerja suhu tinggi karena titik lelehnya yang rendah. Produk yang disinter memiliki kepadatan volume 3,02 g·cm^-3 dan kekuatan lentur 580 MPa, dua kali lipat kekuatan produk sinter biasa.silikon karbida sinter reaksi.

Kesimpulan

Waktu pencampuran optimal untuk bubur yang digunakan untuk menyiapkan bubuk halus sepenuhnyakeramik silikon karbidaadalah 4 jam. Menambahkan grafit mengurangi viskositas bubur, meningkatkan kepadatan volume yang terbentuk sebelumnya, dan mengurangi porositas nyata, meningkatkan kepadatan bubuk halus sepenuhnya.keramik silikon karbida.

Kandungan karbon hitam optimal untuk pembuatan keramik silikon karbida bubuk halus adalah 5,94% (w).

Partikel silikon karbida yang disinter terdistribusi secara rapat dan merata dengan porositas minimal, menunjukkan tren pertumbuhan. Kepadatan produk yang disinter adalah 3,02 g·cm^-3, dan kekuatan lenturnya adalah 580 MPa, yang secara signifikan meningkatkan kekuatan mekanik dan kepadatan bubuk halus sepenuhnya.keramik silikon karbida.**

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