กระบวนการเตรียมเซรามิก SiC

เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเซรามิกโครงสร้าง เนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนที่ค่อนข้างต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง ค่าการนำความร้อนและความแข็งสูง ความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อน และที่สำคัญที่สุดคือความสามารถในการรักษาประสิทธิภาพที่ดีแม้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,650°C เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ

วิธีการเผาผนึกทั่วไปสำหรับเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ ได้แก่ การเผาผนึกแบบไร้แรงดัน การเผาผนึกปฏิกิริยา และการเผาผนึกแบบตกผลึกซ้ำ

1. SiC เผาปฏิกิริยา (RBSiC)

การเผาปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับการผสมแหล่งคาร์บอนกับผงซิลิกอนคาร์ไบด์ ก่อตัวเป็นคอมแพ็ค จากนั้นปล่อยให้ซิลิคอนเหลวแทรกซึมเข้าไปในคอมแพ็คที่อุณหภูมิสูง และทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อสร้าง β-SiC เพื่อให้ได้ความหนาแน่น มีการหดตัวเกือบเป็นศูนย์ ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่และซับซ้อน นอกจากนี้ยังมีอุณหภูมิการเผาผนึกต่ำและต้นทุนต่ำ แต่ซิลิคอนอิสระสามารถลดประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงได้

SiC ที่ถูกเผาด้วยปฏิกิริยาเป็นเซรามิกที่มีโครงสร้างน่าดึงดูดอย่างมากพร้อมคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม เช่น ความแข็งแรงสูง ความต้านทานการกัดกร่อน และความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน นอกจากนี้ยังมีอุณหภูมิการเผาผนึกต่ำ ต้นทุนการเผาผนึกต่ำ และการขึ้นรูปที่ใกล้เคียงตาข่าย

กระบวนการเผาผนึกปฏิกิริยานั้นง่ายดาย โดยเกี่ยวข้องกับการผสมแหล่งคาร์บอนและผง SiC เพื่อเตรียมวัตถุสีเขียว จากนั้นภายใต้แรงฝอยที่อุณหภูมิสูง จะแทรกซึมซิลิคอนหลอมเหลวเข้าไปในวัตถุสีเขียวที่มีรูพรุน ซิลิคอนหลอมเหลวนี้ทำปฏิกิริยากับแหล่งคาร์บอนภายในตัวสีเขียวเพื่อสร้างเฟส β-SiC ซึ่งจะเกาะติดแน่นกับ α-SiC ดั้งเดิมไปพร้อมๆ กัน รูพรุนที่เหลือจะเต็มไปด้วยซิลิคอนหลอมเหลว ซึ่งทำให้วัสดุเซรามิกมีความหนาแน่นขึ้น ในระหว่างการเผาผนึก ขนาดจะลดลง ทำให้ได้รูปร่างที่ใกล้เคียงตาข่าย ทำให้สามารถผลิตรูปทรงที่ซับซ้อนได้ตามต้องการ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกต่างๆ

ในแง่ของการใช้งาน วัสดุเฟอร์นิเจอร์เตาเผาที่อุณหภูมิสูง หลอดรังสี เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และหัวฉีดกำจัดซัลเฟอร์ไดซ์ ถือเป็นการใช้งานทั่วไปของเซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เผาด้วยปฏิกิริยา นอกจากนี้ เนื่องจากซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ โมดูลัสยืดหยุ่นสูง และคุณลักษณะการขึ้นรูปที่ใกล้เคียงตาข่าย ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เผาด้วยปฏิกิริยาจึงเป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับกระจกอวกาศ นอกจากนี้ เมื่อขนาดเวเฟอร์และอุณหภูมิการรักษาความร้อนเพิ่มขึ้น ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เผาด้วยปฏิกิริยาจะค่อยๆ เข้ามาแทนที่แก้วควอทซ์ ส่วนประกอบซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งมีเฟสซิลิกอนบางส่วนสามารถผลิตได้โดยใช้ผงซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูง ส่วนประกอบเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิกซ์เจอร์รองรับสำหรับอุปกรณ์การผลิตแผ่นเวเฟอร์ของหลอดอิเล็กตรอนและเซมิคอนดักเตอร์

2. SiC เผาผนึกไร้แรงดัน (SSiC)

การเผาผนึกแบบไร้แรงดันแบ่งออกเป็นการเผาผนึกแบบเฟสของแข็งและแบบของเหลว: การเผาผนึกแบบโซลิดเฟสด้วยการเติมสารเติมแต่ง B/C ทำให้ได้ความหนาแน่นของการแพร่กระจายแบบโซลิดเฟสที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้มีสมรรถนะที่อุณหภูมิสูงที่ดีแต่เกรนหยาบ การเผาผนึกในเฟสของเหลวใช้สารเติมแต่ง เช่น Al2O3-Y2O3 เพื่อสร้างเฟสของเหลว ส่งผลให้อุณหภูมิลดลง ส่งผลให้เมล็ดละเอียดขึ้นและมีความเหนียวสูงขึ้น เทคโนโลยีนี้มีต้นทุนต่ำ ช่วยให้มีรูปร่างได้หลากหลาย และเหมาะสำหรับส่วนประกอบโครงสร้างที่มีความแม่นยำ เช่น แหวนซีล แบริ่ง และเกราะกันกระสุน

การเผาผนึกแบบไร้ความดันถือเป็นวิธีการเผาผนึกที่มีศักยภาพมากที่สุดสำหรับ SiC วิธีนี้สามารถปรับเปลี่ยนให้เข้ากับกระบวนการขึ้นรูปต่างๆ ได้ มีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า ไม่ถูกจำกัดด้วยรูปร่างหรือขนาด และเป็นวิธีการเผาผนึกที่ใช้กันทั่วไปและง่ายที่สุดสำหรับการผลิตจำนวนมาก

การเผาผนึกแบบไร้ความดันเกี่ยวข้องกับการเติมโบรอนและคาร์บอนลงใน β-SiC ที่มีปริมาณออกซิเจนปริมาณเล็กน้อย และการเผาผนึกที่อุณหภูมิประมาณ 2000°C ในบรรยากาศเฉื่อยเพื่อให้ได้ตัวเผาผนึกซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความหนาแน่นตามทฤษฎี 98% โดยทั่วไปวิธีนี้มีสองวิธี: การเผาผนึกในสถานะของแข็งและการเผาผนึกในสถานะของเหลว ซิลิกอนคาร์ไบด์เผาผนึกโซลิดสเตตไร้แรงดันมีความหนาแน่นและความบริสุทธิ์สูง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีค่าการนำความร้อนสูงเป็นพิเศษและมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเป็นเลิศ ทำให้ง่ายต่อการแปรรูปเป็นอุปกรณ์เซรามิกขนาดใหญ่และมีรูปร่างซับซ้อน

ผลิตภัณฑ์ซิลิกอนคาร์ไบด์เผาผนึกไร้แรงดัน: (a) ซีลเซรามิก; (ข) ตลับลูกปืนเซรามิก (ค) แผ่นกันกระสุน

ในแง่ของการใช้งาน การเผาผนึก SiC แบบไร้แรงดันนั้นใช้งานง่าย คุ้มค่าปานกลาง และเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเซรามิกที่มีรูปร่างต่างๆ จำนวนมาก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในแหวนปิดผนึกที่ทนต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน แบริ่งเลื่อน ฯลฯ นอกจากนี้ เซรามิกซิลิกอนคาร์ไบด์เผาผนึกไร้แรงดันยังใช้กันอย่างแพร่หลายในชุดเกราะกันกระสุน เช่น การป้องกันยานพาหนะและเรือ เช่นเดียวกับตู้นิรภัยพลเรือนและรถบรรทุกหุ้มเกราะ เนื่องจากมีความแข็งสูง ความถ่วงจำเพาะต่ำ ประสิทธิภาพของขีปนาวุธที่ดี ความสามารถในการดูดซับพลังงานมากขึ้นหลังจากการแตกหัก และต้นทุนต่ำ เนื่องจากเป็นวัสดุเกราะกันกระสุน จึงทนทานต่อแรงกระแทกหลายๆ ครั้งได้ดีเยี่ยม และประสิทธิภาพการป้องกันโดยรวมก็เหนือกว่าเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ทั่วไป เมื่อใช้กับเกราะป้องกันเซรามิกทรงกระบอกน้ำหนักเบา จุดแตกหักของมันสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่า 65 ตัน แสดงให้เห็นประสิทธิภาพการป้องกันที่ดีกว่าเกราะป้องกันเซรามิกทรงกระบอกที่ใช้เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ธรรมดาอย่างเห็นได้ชัด

3. เซรามิก SiC เผาผนึกตกผลึกใหม่ (R-SiC)

การเผาผนึกการตกผลึกซ้ำเกี่ยวข้องกับอนุภาค SiC หยาบและละเอียดแบบแบ่งระดับ และการบำบัดที่อุณหภูมิสูง อนุภาคละเอียดจะระเหยและควบแน่นที่คอของอนุภาคหยาบ ทำให้เกิดเป็นโครงสร้างเชื่อมโดยไม่มีสิ่งเจือปนขอบเขตของเกรน สินค้ามีความพรุน 10-20% นำความร้อนได้ดีและทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน แต่มีความแข็งแรงต่ำ ไม่มีการหดตัวตามปริมาตร และเหมาะสำหรับเฟอร์นิเจอร์เตาเผาที่มีรูพรุน ฯลฯ

เทคโนโลยีการเผาผนึกการตกผลึกซ้ำได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง เนื่องจากไม่จำเป็นต้องเพิ่มตัวช่วยในการเผาผนึก การเผาผนึกด้วยการตกผลึกซ้ำเป็นวิธีการทั่วไปในการเตรียมอุปกรณ์เซรามิก SiC ขนาดใหญ่ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ กระบวนการเตรียมเซรามิกเผา SiC (R-SiC) ที่ตกผลึกซ้ำมีดังต่อไปนี้: ผง SiC หยาบและละเอียดที่มีขนาดอนุภาคต่างกันผสมกันในสัดส่วนที่กำหนดและเตรียมเป็นช่องว่างสีเขียวผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การหล่อแบบสลิป การขึ้นรูป และการอัดขึ้นรูป จากนั้น ช่องว่างสีเขียวจะถูกยิงที่อุณหภูมิสูงถึง 2200~2450 ℃ ภายใต้บรรยากาศเฉื่อย ในที่สุด อนุภาคละเอียดจะค่อยๆ ระเหยไปเป็นสถานะก๊าซและควบแน่นที่จุดที่สัมผัสกับอนุภาคหยาบ ทำให้เกิดเป็นเซรามิก R-SiC

R-SiC ก่อตัวที่อุณหภูมิสูงและมีความแข็งรองจากเพชรเท่านั้น ยังคงรักษาคุณสมบัติที่ดีเยี่ยมหลายประการของ SiC เช่น ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดีเยี่ยม และความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับเฟอร์นิเจอร์เตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หรือหัวฉีดเผาไหม้ ในสาขาการบินและอวกาศและการทหาร ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่ตกผลึกใหม่จะใช้ในการผลิตส่วนประกอบโครงสร้างของยานพาหนะการบินและอวกาศ เช่น เครื่องยนต์ ครีบหาง และลำตัว เนื่องจากคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่า ทนต่อการกัดกร่อน และทนต่อแรงกระแทก จึงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของยานพาหนะการบินและอวกาศได้อย่างมาก

ข้อเสนอ Semicorex ปรับแต่งได้ผลิตภัณฑ์ซีซี. หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอย่าลังเลที่จะติดต่อเรา
โทรศัพท์ติดต่อ # +86-13567891907
อีเมล์: sales@semicorex.com