เหตุใดจึงเลือกการเผาผนึกแบบไร้แรงดันสำหรับการเตรียมเซรามิก SiC

เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)เป็นที่รู้จักในด้านความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดกร่อน พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ปิโตรเคมี และวงจรรวม เนื่องจากผลิตภัณฑ์ SiC ส่วนใหญ่เป็นสินค้าที่มีมูลค่าเพิ่มสูง ศักยภาพทางการตลาดจึงมีสูง ได้รับความสนใจอย่างมากจากประเทศต่างๆ และกลายเป็นจุดสนใจของการวิจัยด้านวัสดุศาสตร์ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิการสังเคราะห์ที่สูงเป็นพิเศษและความยากลำบากในการเผาเซรามิก SiC ที่มีความหนาแน่นสูงได้จำกัดการพัฒนาของพวกเขา กระบวนการเผาผนึกถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับเซรามิก SiC

วิธีการเผาผนึกเปรียบเทียบกันอย่างไร: การเผาผนึกด้วยปฏิกิริยากับการเผาผนึกแบบไร้แรงดัน

SiC เป็นสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่ง มีอัตราการแพร่ต่ำในระหว่างการเผาผนึก เนื่องจากลักษณะโครงสร้างที่ให้ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง จุดหลอมเหลวสูง และความต้านทานการกัดกร่อน ซึ่งจำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งในการเผาผนึกและแรงดันภายนอกเพื่อให้ได้ความหนาแน่น ในปัจจุบัน ทั้งการเผาผนึกปฏิกิริยาและการเผาผนึกแบบไร้แรงดันของ SiC ได้เห็นความก้าวหน้าที่สำคัญในการวิจัยและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

กระบวนการเผาผนึกปฏิกิริยาสำหรับเซรามิก SiCเป็นเทคนิคการเผาผนึกที่มีรูปร่างใกล้เคียงตาข่าย โดยมีลักษณะการหดตัวน้อยที่สุดและการเปลี่ยนแปลงขนาดระหว่างการเผาผนึก มีข้อดีต่างๆ เช่น อุณหภูมิการเผาผนึกต่ำ โครงสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาแน่น และต้นทุนการผลิตต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการเตรียมผลิตภัณฑ์เซรามิก SiC ที่มีรูปทรงซับซ้อนขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีข้อเสีย ซึ่งรวมถึงการเตรียมขั้นต้นที่ซับซ้อนสำหรับวัตถุสีเขียวและการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นจากผลพลอยได้ นอกจากนี้ ช่วงอุณหภูมิการทำงานของปฏิกิริยาซินเตอร์เซรามิก SiCถูกจำกัดด้วยเนื้อหา Si ฟรี ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,400°C ความแข็งแรงของวัสดุจะลดลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากการหลอมเหลวของ Si อิสระ

โครงสร้างจุลภาคทั่วไปของเซรามิก SiC ที่ถูกเผาที่อุณหภูมิต่างๆ

เทคโนโลยีการเผาผนึกแบบไร้แรงดันสำหรับ SiC ได้รับการยอมรับมาเป็นอย่างดี โดยมีคุณประโยชน์ต่างๆ เช่น ความสามารถในการใช้กระบวนการขึ้นรูปต่างๆ การเอาชนะข้อจำกัดด้านรูปร่างและขนาดของผลิตภัณฑ์ และการมีความแข็งแรงและความเหนียวสูงด้วยสารเติมแต่งที่เหมาะสม นอกจากนี้ การเผาผนึกแบบไร้แรงดันยังตรงไปตรงมาและเหมาะสำหรับการผลิตส่วนประกอบเซรามิกที่มีรูปร่างแตกต่างกันจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม มีราคาแพงกว่า SiC ที่ถูกเผาด้วยปฏิกิริยา เนื่องจากผง SiC ที่ใช้มีราคาสูงกว่า

การเผาผนึกแบบไร้ความดันส่วนใหญ่ประกอบด้วยการเผาผนึกแบบเฟสของแข็งและเฟสของเหลว เมื่อเปรียบเทียบกับ SiC เผาผนึกไร้แรงดันในเฟสโซลิด SiC ที่เผาด้วยปฏิกิริยาจะแสดงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงได้ต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความแข็งแรงดัดงอของเซรามิก SiCลดลงอย่างรวดเร็วเหนือ 1,400°C และมีความต้านทานต่อกรดและเบสแก่ได้ไม่ดี ในทางกลับกัน เฟสของแข็งไร้แรงดันถูกเผาผนึกเซรามิก SiCแสดงคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้นในกรดและเบสแก่

เทคโนโลยีสำหรับการผลิต SiC ที่เกิดพันธะกับปฏิกิริยา

การพัฒนาการวิจัยในเทคโนโลยีการเผาผนึกแบบไร้ความดันมีอะไรบ้าง

การเผาผนึกโซลิดเฟส: การเผาผนึกโซลิดเฟสของเซรามิก SiCเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงแต่ส่งผลให้คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีมีเสถียรภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ให้คุณค่าการใช้งานที่ไม่เหมือนใคร ด้วยการเติมโบรอน (B) และคาร์บอน © ลงใน SiC โบรอนจะครอบครองขอบเขตเกรนของ SiC โดยแทนที่คาร์บอนใน SiC บางส่วนเพื่อสร้างสารละลายของแข็ง ในขณะที่คาร์บอนทำปฏิกิริยากับ SiO2 ที่พื้นผิวและสิ่งเจือปน Si ใน SiC ปฏิกิริยาเหล่านี้ลดพลังงานขอบเขตของเกรนและเพิ่มพลังงานพื้นผิว ดังนั้นจึงเป็นการเพิ่มแรงผลักดันในการเผาผนึกและส่งเสริมให้มีความหนาแน่น นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา การใช้ B และ C เป็นสารเติมแต่งสำหรับการเผาผนึก SiC แบบไร้แรงดันได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ ข้อได้เปรียบหลักคือการไม่มีเฟสที่สองหรือเฟสคล้ายแก้วที่ขอบเขตเกรน ส่งผลให้ขอบเขตเกรนสะอาดและประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงเป็นเลิศ โดยมีความเสถียรสูงถึง 1600°C ข้อเสียเปรียบคือไม่สามารถทำให้มีความหนาแน่นได้เต็มที่ เนื่องจากรูพรุนบางส่วนปิดอยู่ที่มุมของเมล็ดพืช และอุณหภูมิสูงอาจทำให้เมล็ดพืชเจริญเติบโตได้

การเผาผนึกระยะของเหลว: ในการเผาผนึกระยะของเหลว โดยทั่วไปตัวช่วยการเผาผนึกจะถูกเติมเป็นเปอร์เซ็นต์เล็กน้อย และระยะตามขอบเกรนที่เป็นผลลัพธ์อาจคงออกไซด์ไว้ได้มากหลังการเผาผนึก ด้วยเหตุนี้ SiC เผาผนึกในเฟสของเหลวจึงมีแนวโน้มที่จะแตกหักตามขอบเกรน ทำให้มีความแข็งแรงสูงและความเหนียวในการแตกหัก เมื่อเปรียบเทียบกับการเผาผนึกแบบโซลิดเฟส เฟสของเหลวที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาผนึกจะช่วยลดอุณหภูมิการเผาผนึกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบ Al2O3-Y2O3 เป็นหนึ่งในระบบแรกสุดและน่าสนใจที่สุดที่ได้รับการศึกษาเกี่ยวกับการเผาผนึกในเฟสของเหลวของเซรามิก SiC- ระบบนี้ช่วยให้เกิดความหนาแน่นที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ ตัวอย่างเช่น การฝังตัวอย่างในผงเบดที่มี Al2O3, Y2O3 และ MgO ช่วยอำนวยความสะดวกในการก่อตัวของเฟสของเหลวผ่านปฏิกิริยาระหว่าง MgO และ SiO2 ที่พื้นผิวบนอนุภาค SiC ส่งเสริมให้มีความหนาแน่นผ่านการจัดเรียงอนุภาคใหม่และการตกตะกอนของของเหลว นอกจากนี้ Al2O3, Y2O3 และ CaO ที่ใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับการเผาผนึก SiC แบบไม่มีแรงดัน ส่งผลให้เกิดเฟส Al5Y3O12 ก่อตัวในวัสดุ ด้วยปริมาณ CaO ที่เพิ่มขึ้น เฟสออกไซด์ของ CaY2O4 จะปรากฏขึ้น สร้างเส้นทางการเจาะอย่างรวดเร็วที่ขอบเขตของเกรน และปรับปรุงความสามารถในการเผาผนึกของวัสดุ

สารเติมแต่งช่วยเพิ่มการเผาผนึกแบบไร้แรงกดดันได้อย่างไรซีซี เซรามิคส์?

สารเติมแต่งสามารถเพิ่มความหนาแน่นของการเผาผนึกแบบไร้แรงดันได้เซรามิก SiCลดอุณหภูมิการเผาผนึก ปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาค และปรับปรุงคุณสมบัติทางกล การวิจัยเกี่ยวกับระบบสารเติมแต่งได้พัฒนาจากระบบส่วนประกอบเดียวไปสู่หลายส่วนประกอบ โดยแต่ละส่วนประกอบมีบทบาทพิเศษในการเพิ่มประสิทธิภาพเซรามิก SiCผลงาน. อย่างไรก็ตาม การแนะนำสารเติมแต่งก็มีข้อเสียเช่นกัน เช่น ปฏิกิริยาระหว่างสารเติมแต่งกับ SiC ที่สร้างผลพลอยได้จากก๊าซ เช่น Al2O และ CO ซึ่งเพิ่มความพรุนของวัสดุ การลดความพรุนและการบรรเทาผลกระทบจากการลดน้ำหนักของสารเติมแต่งจะเป็นประเด็นการวิจัยที่สำคัญสำหรับการเผาผนึกในเฟสของเหลวในอนาคตของเซรามิก SiC-

พวกเราที่ Semicorex เชี่ยวชาญด้านซีซี เซรามิคส์และวัสดุเซรามิกอื่นๆ ที่ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ หากคุณมีข้อสงสัยหรือต้องการรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดติดต่อเราได้ตลอดเวลา

โทรศัพท์ติดต่อ: +86-13567891907

อีเมล์: sales@semicorex.com