SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยา vs SiC ที่ซินเตอร์โดยไม่ต้องกดดัน: สองเส้นทางที่แตกต่างกันไปสู่เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่หนาแน่น

เครื่องประดิษฐ์เซรามิกซิลิคคาร์ไบด์มีคุณค่าอย่างกว้างขวางสําหรับความแข็งแรง, ความสามารถในการนําความร้อน, การขยายความร้อนที่ต่ํา และความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

แต่ SiC ยังเป็นปัญหาในการประมวลผลที่ไม่ธรรมดา

การเชื่อมโยงแบบคอเวลันท์ที่แข็งแรงและการกระจายอะตอมที่ต่ําทําให้การบดหนาแบบปกติยากจนมาก จนบังคับผู้ผลิตให้ใช้เทคโนโลยีซินเตอร์ที่เชี่ยวชาญ

ในหมู่เส้นทางอุตสาหกรรมที่สําคัญที่สุดคือการเชื่อมโยงปฏิกิริยาและการซินเตอร์โดยไม่ต้องกดดัน.

ถึงแม้ว่าทั้งคู่จะใช้ในการผลิตเซรามิก SiC ที่มีประสิทธิภาพสูง แต่พวกมันจะทําให้ความหนาแน่นผ่านกลไกที่แตกต่างกันมาก

วิธี การ ผลิต ซิลิคอน คาร์ไบด

ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยา, มักถูกสั้นเป็น RB-SiC, โดยทั่วไปเริ่มด้วยผสมผสมของ SiC ขนาดผง, คาร์บอนและสารผูกอินทรีย์.

ผสมผงถูกทําให้เป็นร่างสีเขียว ก่อนที่จะผ่านการเจาะซิลิคอนในอุณหภูมิที่สูงขึ้น

ระหว่างกระบวนการ, ซิลิคอนหลอมหรือระยะระเหยเข้าสู่ร่างสีเขียวที่มีขุมขวางและปฏิกิริยากับคาร์บอน:

Si + C → SiC

การปฏิกิริยานี้สร้างซิลิคอนคาร์ไบด์ระดับสอง ระหว่างอนุภาค SiC แรก

ซิลิคอนฟรีที่เหลือจะครอบคลุมพื้นที่โปร์ที่เหลือมาก และผลิตโครงสร้างเซรามิกที่หนาแน่นมาก

เหตุ ผล ที่ ความ เปรี้ยว ของ ผิว ผิว เขียว เป็น เรื่อง สําคัญ

หนึ่งในปัจจัยที่สําคัญที่สุดในการปฏิกิริยาซินเตอร์ คือความขัดขวางเริ่มต้นของร่างสีเขียว

ซิลิคอนต้องสามารถเจาะเข้าไปในโครงสร้างได้อย่างเพียงพอ

ถ้าร่างสีเขียวหนาเกินไป การเจาะซิลิคอนอาจถูกจํากัด

จากนั้นปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นโดยหลัก ๆ ใกล้ผิว, ในขณะที่คาร์บอนที่ไม่ได้ปฏิกิริยาและรูปร่างยังคงอยู่ในกลางขององค์ประกอบ.

เพราะเหตุนี้ ความหนาแน่นของร่างสีเขียวต้องถูกออกแบบอย่างรอบคอบ

ผู้ผลิตสามารถควบคุมมัน โดยการปรับปรุงปริมาตรต่างๆ ได้แก่

• อัตราส่วน SiC ต่อคาร์บอน
• การกระจายขนาดอนุภาค SiC
• ขนาดและรูปร่างของอนุภาคคาร์บอน
• สูตรของสารผูก
• ความดันในการสร้าง

ดังนั้น การเชื่อมโยงปฏิกิริยาที่ประสบความสําเร็จจึงเริ่มก่อนระยะการเจาะซิลิคอน

ทําไม SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยาจึงเหมาะสําหรับองค์ประกอบขนาดใหญ่

ข้อดีสําคัญของ SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยาคือการสับสนที่ต่ํามากในระหว่างการแปรรูป

เนื่องจากความเปลี่ยนแปลงด้านมิติค่อนข้างน้อย เทคโนโลยีนี้มักถูกอธิบายว่าเป็นเส้นทางการผลิตที่ใกล้กับรูปทรงเครือข่าย

นี่ทําให้ RB-SiC น่าสนใจสําหรับส่วนประกอบเซรามิกขนาดใหญ่ ซับซ้อนหรือทรงแม่นยํา

ผลิตภัณฑ์ประเภทประเภทประเภทประกอบของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, รอลล์เตาอบ, ช่องน้ําและส่วนผสมต่างๆ

อุณหภูมิการแปรรูปที่ค่อนข้างต่ําเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นทางการปะทะ SiC อื่น ๆ และความสามารถในการผลิตรูปแบบกณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนยังสามารถทําให้การเชื่อมต่อปฏิกิริยาน่าสนใจทางเศรษฐกิจ

SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยาในอุปกรณ์ครึ่งตัวนํา

เมื่อขนาดของแผ่นแผ่นครึ่งประสาทและอุณหภูมิกระบวนการเพิ่มขึ้นเซรามิค SiC ได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นในฐานะทางเลือกของวัสดุประจําการในอุปกรณ์อุปกรณ์ที่มีความร้อนสูงและต้องการสารเคมี.

องค์ประกอบ SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยาที่ผลิตจาก SiC สับความบริสุทธิ์สูงและซิลิคอนความบริสุทธิ์สูง สามารถใช้ในเครื่องติดตั้งได้หนุนและชิ้นส่วนโครงสร้างในอุปกรณ์การผลิตครึ่งตัวนําและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์.

การรวมกันของความมั่นคงทางความร้อน ความแข็งแรงและความมั่นคงทางมิติ เป็นสิ่งที่มีคุณค่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อส่วนประกอบถูกเผชิญกับวงจรการทําความร้อนซ้ํา ๆ

อย่างไรก็ตาม, ซิลิคอนเหลือต้องพิจารณาเสมอเมื่อเลือก RB-SiC สําหรับสภาพแวดล้อมกระบวนการเฉพาะเจาะจง.

การ ทํา ซินเตอร์ โดย ไม่ ใช้ ความ กดดัน ใช้ วิธี ที่ แตกต่าง

ไม่เหมือนกับการเชื่อมโยงปฏิกิริยา การซินเตอร์แบบไม่มีแรงกดดัน พยายามทําให้ SiC หนาลงโดยไม่ใช้แรงกดกลไกภายนอกในกระบวนการซินเตอร์หลัก

โดยทั่วไปจะแยกเส้นทางหลักสองเส้นทาง:

การซินเตอร์ในสภาพแข็งและการซินเตอร์ระยะเหลว.

แม้ว่าทั้งสองกระบวนการจะไม่มีแรงดัน แต่กลไกการหนาแน่นของพวกมันจะแตกต่างกันอย่างพื้นฐาน

การซินเตอร์ในสภาพแข็ง: อุณหภูมิสูงและสารเสริมที่ควบคุม

หนึ่งในขั้นตอนสําคัญในการประมวลผล SiC เกิดขึ้นในปี 1974 เมื่อ S.Prochazka ได้แสดงให้เห็นว่าผง β-SiC ความบริสุทธิ์สูงที่มีปริมาณเบอร์และคาร์บอนน้อย สามารถซินเตอร์โดยไม่ต้องกดดันที่ประมาณ 2020 °C ถึงความหนาแน่นสัมพันธ์มากกว่า 98%.

ระบบบี-ซีส่วนเสริมยังคงเป็นหนึ่งในวิธีการซินเตอร์ในสภาพแข็งที่รู้จักกันดีที่สุดสําหรับ SiC

โบอร์อนและคาร์บอนสามารถนําเข้าได้แยกกัน หรือผสม เช่น B4C สามารถใช้ได้

อุณหภูมิการหนาแน่นแบบปกติประมาณ 1900~2100 °C

ระบบสารเสริมอื่นๆ ได้แก่ Al-C และ AlN-C

อลูมิเนียมเป็นสารเสริมในการปั่น SiC ที่มีประสิทธิภาพ ขณะที่สารเสริม AlN สามารถช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของเมล็ด SiC มากเกินไปภายใต้สภาพการแปรรูปบางอย่าง

ข้อดีของ SiC ที่ซินเตอร์เป็นภาพแข็ง

SiC ที่ซินเตอร์ในสภาพแข็งสามารถให้ความมั่นคงทางเคมีและทางความร้อนที่ดีที่สุด

หนึ่งในลักษณะที่มีคุณค่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือความสามารถในการรักษาผลงานกลสูงในอุณหภูมิที่สูงขึ้น

เนื่องจากการหนาแน่นเกิดขึ้นโดยไม่นําเข้าปริมาณขนาดใหญ่ของระยะเหลวที่ติดกับเมล็ด, วัสดุสุดท้ายสามารถรักษาคุณสมบัติอุณหภูมิสูงที่ดี.

นี่ทําให้ SiC ที่ซินเตอร์เป็น solid-state น่าสนใจสําหรับการใช้งานทางโครงสร้างและทางความร้อนที่ต้องการ

เหตุ ผล ที่ การ ทํา ซินเทอร์ ใน สภาพ แข็งแรง เป็น เรื่อง ยาก

ข้อเสียหลักคือความรุนแรงในการประมวลผล

อุณหภูมิ 1900~2100 °C ต้องใช้พลังงานและอุปกรณ์เฉพาะสําหรับอุณหภูมิสูง

การควบคุมที่ไม่ดียังอาจส่งผลให้เมล็ดพันธุ์เติบโตผิดปกติ ซึ่งอาจลดประสิทธิภาพของเครื่องจักร

ช่วงเวลาในการเก็บรักษาที่ยาวนานอาจต้องใช้ในการบรรลุความหนาแน่นเกือบเต็ม

นอกจากนี้กระบวนการมีความรู้สึกสูงต่อลักษณะของผงรวมถึง:

ขนาดของอนุภาค การกระจายขนาดของอนุภาค ความบริสุทธิ์และความเหมือนกันในการผสม

การ ทํา ซินเทอร์ ใน ระยะ น้ํา ใส: ทํา ให้ การ ขนส่ง กลุ่ม จํานวน มาก ง่าย ลง

การซินเตอร์ระยะเหลวเป็นทางเลือก

แทนที่จะพึ่งพากับการกระจายกระจายในสภาพแข็งโดยสิ้นเชิง อาหารเสริมที่ถูกเลือกจะสร้างระยะของเหลวระหว่างการทําความร้อน

น้ําเหลวนี้ชื้นและหล่อลื่นอนุภาค SiC ส่งเสริมการจัดเรียงใหม่และสร้างเส้นทางที่ประสิทธิภาพสําหรับการขนส่งมวลชน

ตัวอย่างเช่น ในระบบที่มี Al2O3 อ๊อกไซด์สามารถปฏิกิริยากับ SiO2 ที่มีอยู่ตามธรรมชาติบนผิวของอนุภาค SiC

ปัจจัยที่เกิดขึ้นคือระยะขนาดย่อยของน้ําเหลว ช่วยในการบดหนา

กระบวนการนี้ถูกอธิบายโดยทั่วไปโดยกลไกการละลาย-การหลั่ง

ระบบ Al2O3-Y2O3

หนึ่งในระบบสารเสริมปูนระยะเหลวที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสําหรับ SiC คือ Al2O3-Y2O3

การนํา Y2O3 เข้าร่วมกับ Al2O3 สามารถสร้างระยะของเหลวที่เหมาะสมในอุณหภูมิที่สูงขึ้น

เมื่อเปรียบเทียบกับการซินเตอร์แบบแข็งแบบปกติ แนวทางนี้สามารถลดอุณหภูมิที่จําเป็นสําหรับการหนาแน่นและสามารถปรับปรุงโครงสร้างเล็ก ๆ, ความแข็งแรงและความแข็งแรงในการแตก

อย่างไรก็ตาม จํานวนและองค์ประกอบของเฟสสารเสริมต้องควบคุมอย่างละเอียด

โฟเซสขอบแกนมากเกินไปอาจส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติที่ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์สูงหรือการทํางานที่มีความมั่นคงในอุณหภูมิสูง

การ เลือก ระหว่าง สอง เส้น ทาง

การเชื่อมโยงปฏิกิริยาและการซินเตอร์โดยไม่ต้องกดดัน ไม่ควรมองว่าเป็นเทคโนโลยีที่แข่งขันกัน

พวกเขาแก้ปัญหาด้านการผลิตต่าง ๆ

SiC ที่เชื่อมต่อด้วยปฏิกิริยาเป็นที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการผลิตรูปทรงเกือบเป็นเครือข่าย, การสับสนที่ต่ํา, ขนาดใหญ่และกณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเป็นความสําคัญ

SiC ที่ซินเตอร์โดยไม่ใช้แรงกดดันเป็นที่น่าสนใจเมื่อผลงานภายในของเซรามิก SiC เองมีความสําคัญมากขึ้นและซิลิคอนที่ไม่มีซากเหลือไม่น่าสนใจ

ภายในการซินเตอร์แบบไม่มีแรงกดดัน ช่องทางของภาวะแข็งและภาวะเหลว นําเสนอทางเลือกอื่น:

การซินเตอร์ในสภาพแข็งให้ความสําคัญกับความมั่นคงในอุณหภูมิสูง ขณะที่การซินเตอร์ในสภาพเหลวสามารถทําให้การบดหนาง่ายขึ้นและความแข็งแรงทางกลที่ดีขึ้น

ดังนั้น การเลือกที่ถูกต้องจึงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับกณิตศาสตร์ส่วนประกอบ อุณหภูมิการทํางาน ความต้องการความบริสุทธิ์และสภาพแวดล้อมกระบวนการรอบตัว