Augstas tīrības pakāpes silīcija karbīda (SiC) keramika ir kļuvusi par ideālu materiālu kritiski svarīgām sastāvdaļām pusvadītāju, kosmosa un ķīmiskajā rūpniecībā, pateicoties tās izcilajai siltumvadītspējai, ķīmiskajai stabilitātei un mehāniskajai izturībai. Pieaugot pieprasījumam pēc augstas veiktspējas, zema piesārņojuma keramikas ierīcēm, efektīvu un mērogojamu augstas tīrības pakāpes SiC keramikas sagatavošanas tehnoloģiju izstrāde ir kļuvusi par globālu pētniecības uzmanības centru. Šajā rakstā sistemātiski tiek pārskatītas pašreizējās galvenās augstas tīrības pakāpes SiC keramikas sagatavošanas metodes, tostarp rekristalizācijas sintēze, bezspiediena sintēze (PS), karstā presēšana (HP), dzirksteļu plazmas sintēze (SPS) un aditīvā ražošana (AM), īpašu uzmanību pievēršot sintēzes mehānismiem, galvenajiem parametriem, materiālu īpašībām un katra procesa esošajiem izaicinājumiem.
SiC keramikas pielietojums militārajā un inženierzinātņu jomā
Pašlaik augstas tīrības pakāpes SiC keramikas komponenti tiek plaši izmantoti silīcija plākšņu ražošanas iekārtās, piedaloties tādos pamatprocesos kā oksidēšana, litogrāfija, kodināšana un jonu implantācija. Attīstoties plākšņu tehnoloģijai, plākšņu izmēru palielināšana ir kļuvusi par nozīmīgu tendenci. Pašreizējais galvenais plākšņu izmērs ir 300 mm, kas nodrošina labu līdzsvaru starp izmaksām un ražošanas jaudu. Tomēr, pateicoties Mūra likumam, 450 mm plākšņu masveida ražošana jau ir darba kārtībā. Lielākām plāksnēm parasti ir nepieciešama lielāka strukturālā izturība, lai pretotos deformācijai un deformācijai, kas vēl vairāk veicina pieaugošo pieprasījumu pēc liela izmēra, augstas izturības, augstas tīrības pakāpes SiC keramikas komponentiem. Pēdējos gados aditīvā ražošana (3D drukāšana) kā ātras prototipu veidošanas tehnoloģija, kurai nav nepieciešamas veidnes, ir pierādījusi milzīgu potenciālu sarežģītas struktūras SiC keramikas detaļu ražošanā, pateicoties tās slāni pa slānim konstrukcijai un elastīgām dizaina iespējām, piesaistot plašu uzmanību.
Šajā rakstā tiks sistemātiski analizētas piecas reprezentatīvas augstas tīrības pakāpes SiC keramikas sagatavošanas metodes — rekristalizācijas sintēze, bezspiediena sintēze, karstā presēšana, dzirksteļu plazmas sintēze un aditīvā ražošana —, koncentrējoties uz to sintēzes mehānismiem, procesa optimizācijas stratēģijām, materiālu veiktspējas raksturlielumiem un rūpnieciskā pielietojuma perspektīvām.
Augstas tīrības pakāpes silīcija karbīda izejvielu prasības
I. Pārkristalizācija Saķepināšana
Pārkristalizēts silīcija karbīds (RSiC) ir augstas tīrības pakāpes SiC materiāls, kas tiek sagatavots bez sintēzes palīgvielām augstā temperatūrā 2100–2500 °C. Kopš Fredriksons 19. gadsimta beigās pirmo reizi atklāja pārkristalizācijas fenomenu, RSiC ir piesaistījis ievērojamu uzmanību, pateicoties tā tīrajām graudu robežām un stikla fāžu un piemaisījumu neesamībai. Augstās temperatūrās SiC ir relatīvi augsts tvaika spiediens, un tā sintēzes mehānisms galvenokārt ietver iztvaikošanas-kondensācijas procesu: smalki graudi iztvaiko un atkārtoti nogulsnējas uz lielāku graudu virsmām, veicinot kakliņu augšanu un tiešu saikni starp graudiem, tādējādi uzlabojot materiāla izturību.
1990. gadā Kriegesmann, izmantojot slīdliešanas metodi 2200 °C temperatūrā, sagatavoja RSiC ar relatīvo blīvumu 79,1 %, un šķērsgriezumā bija redzama mikrostruktūra, kas sastāvēja no rupjiem graudiem un porām. Pēc tam Yi et al. izmantoja gēlliešanu, lai sagatavotu neapstrādātus ķermeņus, un tos saķepināja 2450 °C temperatūrā, iegūstot RSiC keramiku ar tilpuma blīvumu 2,53 g/cm³ un lieces izturību 55,4 MPa.
RSiC lūzuma virsma, izmantojot SEM
Salīdzinot ar blīvo SiC, RSiC ir zemāks blīvums (aptuveni 2,5 g/cm³) un aptuveni 20% atvērta porainība, kas ierobežo tā veiktspēju augstas stiprības pielietojumos. Tāpēc RSiC blīvuma un mehānisko īpašību uzlabošana ir kļuvusi par galveno pētniecības uzmanības centru. Sung et al. ierosināja infiltrēt izkausētu silīciju oglekļa/β-SiC jauktos kompaktos materiālos un pārkristalizēt 2200°C temperatūrā, veiksmīgi izveidojot tīkla struktūru, kas sastāv no α-SiC rupjiem graudiem. Iegūtais RSiC sasniedza blīvumu 2,7 g/cm³ un lieces izturību 134 MPa, saglabājot lielisku mehānisko stabilitāti augstās temperatūrās.
Lai vēl vairāk palielinātu blīvumu, Guo et al. izmantoja polimēru infiltrācijas un pirolīzes (PIP) tehnoloģiju vairākkārtējai RSiC apstrādei. Izmantojot PCS/ksilola šķīdumus un SiC/PCS/ksilola suspensijas kā infiltratorus, pēc 3–6 PIP cikliem RSiC blīvums ievērojami uzlabojās (līdz 2,90 g/cm³), kā arī tā lieces izturība. Turklāt viņi ierosināja ciklisku stratēģiju, apvienojot PIP un pārkristalizāciju: pirolīze 1400°C temperatūrā, kam seko pārkristalizācija 2400°C temperatūrā, efektīvi novēršot daļiņu aizsprostojumus un samazinot porainību. Galaprodukta RSiC materiāls sasniedza blīvumu 2,99 g/cm³ un lieces izturību 162,3 MPa, demonstrējot izcilu visaptverošu veiktspēju.
Pulēta RSiC mikrostruktūras evolūcijas SEM attēli pēc polimēru piesūcināšanas un pirolīzes (PIP) pārkristalizācijas cikliem: sākotnējais RSiC (A), pēc pirmā PIP pārkristalizācijas cikla (B) un pēc trešā cikla (C).
II. Bezspiediena sintēze
Bezspiediena saķepinātā silīcija karbīda (SiC) keramika parasti tiek izgatavota, izmantojot augstas tīrības pakāpes, īpaši smalku SiC pulveri kā izejvielu, pievienojot nelielu daudzumu saķepināšanas palīglīdzekļu, un saķepinot inertā atmosfērā vai vakuumā 1800–2150 °C temperatūrā. Šī metode ir piemērota liela izmēra un sarežģītas struktūras keramikas komponentu ražošanai. Tomēr, tā kā SiC galvenokārt ir kovalenti saistīts, tā pašdifūzijas koeficients ir ārkārtīgi zems, kas apgrūtina blīvēšanu bez saķepināšanas palīglīdzekļiem.
Pamatojoties uz saķepināšanas mehānismu, bezspiediena saķepināšanu var iedalīt divās kategorijās: bezspiediena šķidrfāzes saķepināšana (PLS-SiC) un bezspiediena cietfāzes saķepināšana (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (šķidrfāzes sintēze)
PLS-SiC parasti tiek sinterēts zem 2000°C, pievienojot aptuveni 10 masas% eitektiskās sinterēšanas palīgvielu (piemēram, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ un retzemju oksīdus RE₂O₃), lai veidotu šķidru fāzi, veicinot daļiņu pārkārtošanos un masas pārnesi, lai panāktu blīvēšanu. Šis process ir piemērots rūpnieciskas kvalitātes SiC keramikai, taču nav ziņojumu par augstas tīrības pakāpes SiC saķepināšanu šķidrā fāzē.
1.2 PSS-SiC (cietvielu sintēze)
PSS-SiC ietver cietvielu blīvēšanu temperatūrā virs 2000 °C, izmantojot aptuveni 1 svara % piedevu. Šis process galvenokārt balstās uz atomu difūziju un graudu pārkārtošanos, ko veicina augsta temperatūra, lai samazinātu virsmas enerģiju un panāktu blīvēšanu. BC (bora-oglekļa) sistēma ir izplatīta piedevu kombinācija, kas var samazināt graudu robeženerģiju un noņemt SiO₂ no SiC virsmas. Tomēr tradicionālās BC piedevas bieži vien rada atlikušos piemaisījumus, samazinot SiC tīrību.
Kontrolējot piedevu saturu (B 0,4 masas %, C 1,8 masas %) un sintējot 2150 °C temperatūrā 0,5 stundas, tika iegūta augstas tīrības pakāpes SiC keramika ar tīrību 99,6 masas % un relatīvo blīvumu 98,4 %. Mikrostruktūrā bija redzami kolonnveida graudi (daži garāki par 450 µm), ar nelielām porām graudu robežās un grafīta daļiņām graudu iekšpusē. Keramikas lieces izturība bija 443 ± 27 MPa, elastības modulis 420 ± 1 GPa un termiskās izplešanās koeficients 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ istabas temperatūras līdz 600 °C diapazonā, kas demonstrē izcilu kopējo veiktspēju.
PSS-SiC mikrostruktūra: (A) SEM attēls pēc pulēšanas un NaOH kodināšanas; (BD) BSD attēli pēc pulēšanas un kodināšanas
III. Karstās presēšanas sintēze
Karstās presēšanas (HP) sintēze ir blīvēšanas metode, kurā vienlaikus pulverveida materiāliem augstas temperatūras un augsta spiediena apstākļos tiek pielietots karstums un vienvirziena spiediens. Augsts spiediens ievērojami kavē poru veidošanos un ierobežo graudu augšanu, savukārt augsta temperatūra veicina graudu saplūšanu un blīvu struktūru veidošanos, galu galā radot augsta blīvuma, augstas tīrības pakāpes SiC keramiku. Presēšanas virziena rakstura dēļ šis process mēdz izraisīt graudu anizotropiju, kas ietekmē mehāniskās un nodiluma īpašības.
Tīru SiC keramiku ir grūti sablīvēt bez piedevām, un tam nepieciešama īpaši augsta spiediena sintēze. Nadeau et al. veiksmīgi sagatavoja pilnībā blīvu SiC bez piedevām 2500°C temperatūrā un 5000 MPa temperatūrā; Sun et al. ieguva β-SiC masas materiālus ar Vikersa cietību līdz 41,5 GPa pie 25 GPa un 1400°C temperatūras. Izmantojot 4 GPa spiedienu, 1500°C un 1900°C temperatūrā tika sagatavota SiC keramika ar relatīvo blīvumu aptuveni 98% un 99%, cietību 35 GPa un elastības moduli 450 GPa. Mikrona izmēra SiC pulvera sintēze 5 GPa un 1500°C temperatūrā deva keramiku ar cietību 31,3 GPa un relatīvo blīvumu 98,4%.
Lai gan šie rezultāti liecina, ka īpaši augsts spiediens var panākt blīvēšanu bez piedevām, nepieciešamā aprīkojuma sarežģītība un augstās izmaksas ierobežo rūpnieciskos pielietojumus. Tāpēc praktiskajā sagatavošanā bieži tiek izmantotas nelielas piedevas vai pulvera granulācija, lai uzlabotu saķepināšanas virzītājspēku.
Pievienojot 4 svara % fenola sveķu kā piedevu un saķepinot 2350 °C temperatūrā un 50 MPa spiedienā, tika iegūta SiC keramika ar blīvēšanas ātrumu 92 % un tīrību 99,998 %. Izmantojot nelielu piedevu daudzumu (borskābi un D-fruktozi) un saķepinot 2050 °C temperatūrā un 40 MPa spiedienā, tika iegūts augstas tīrības pakāpes SiC ar relatīvo blīvumu > 99,5 % un atlikušā B saturu tikai 556 ppm. SEM attēli parādīja, ka, salīdzinot ar bezspiediena saķepinātiem paraugiem, karstpresētiem paraugiem bija mazāki graudi, mazāk poru un lielāks blīvums. Lieces izturība bija 453,7 ± 44,9 MPa, un elastības modulis sasniedza 444,3 ± 1,1 GPa.
Pagarinot noturēšanas laiku 1900 °C temperatūrā, graudu izmērs palielinājās no 1,5 μm līdz 1,8 μm, un siltumvadītspēja uzlabojās no 155 līdz 167 W·m⁻¹·K⁻¹, vienlaikus uzlabojot arī plazmas korozijas izturību.
1850 °C temperatūrā un 30 MPa spiedienā granulēta un atkvēlināta SiC pulvera karstās presēšanas un ātrās karstās presēšanas rezultātā tika iegūta pilnīgi blīva β-SiC keramika bez jebkādām piedevām ar blīvumu 3,2 g/cm³ un saķepināšanas temperatūru, kas ir par 150–200 °C zemāka nekā tradicionālajos procesos. Keramikas cietība bija 2729 GPa, plaisas izturība bija 5,25–5,30 MPa·m^1/2, un tai bija lieliska šļūdes izturība (šļūdes ātrums 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ un 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ pie 1400 °C/1450 °C un 100 MPa).
(A) Pulētās virsmas SEM attēls; (B) Lūzuma virsmas SEM attēls; (C, D) Pulētās virsmas BSD attēls
Pjezoelektriskās keramikas 3D drukāšanas pētījumos keramikas suspensija kā galvenais faktors, kas ietekmē formēšanu un veiktspēju, ir kļuvusi par galveno uzmanības objektu gan vietējā, gan starptautiskā mērogā. Pašreizējie pētījumi parasti liecina, ka tādi parametri kā pulvera daļiņu izmērs, suspensijas viskozitāte un cietvielu saturs būtiski ietekmē gatavā produkta formēšanas kvalitāti un pjezoelektriskās īpašības.
Pētījumos atklāts, ka keramikas suspensijas, kas sagatavotas, izmantojot mikronu, submikronu un nanoizmēra bārija titanāta pulverus, uzrāda būtiskas atšķirības stereolitogrāfijas (piemēram, LCD-SLA) procesos. Samazinoties daļiņu izmēram, suspensijas viskozitāte ievērojami palielinās, un nanoizmēra pulveris rada suspensijas ar viskozitāti, kas sasniedz miljardus mPa·s. Suspensijas ar mikronu izmēra pulveriem drukāšanas laikā ir pakļautas delaminācijai un lobīšanai, savukārt submikronu un nanoizmēra pulveriem ir stabilāka formēšanās uzvedība. Pēc augstas temperatūras sintēšanas iegūtie keramikas paraugi sasniedza blīvumu 5,44 g/cm³, pjezoelektrisko koeficientu (d₃₃) aptuveni 200 pC/N un zemus zudumu koeficientus, uzrādot lieliskas elektromehāniskās īpašības.
Turklāt mikrostereolitogrāfijas procesos, pielāgojot PZT tipa suspensiju cietvielu saturu (piemēram, 75 svara%), tika iegūti saķepināti ķermeņi ar blīvumu 7,35 g/cm³, sasniedzot pjezoelektrisko konstanti līdz 600 pC/N polarizācijas elektrisko lauku ietekmē. Pētījumi par mikromēroga deformācijas kompensāciju ievērojami uzlaboja formēšanas precizitāti, palielinot ģeometrisko precizitāti līdz pat 80%.
Citā PMN-PT pjezoelektriskās keramikas pētījumā atklājās, ka cietvielu saturs kritiski ietekmē keramikas struktūru un elektriskās īpašības. Ja cietvielu saturs ir 80 svara %, keramikā viegli parādās blakusprodukti; ja cietvielu saturs palielinās līdz 82 svara % un vairāk, blakusprodukti pakāpeniski izzūd, un keramikas struktūra kļūst tīrāka, ievērojami uzlabojot veiktspēju. Ja cietvielu saturs ir 82 svara %, keramikai ir optimālas elektriskās īpašības: pjezoelektriskā konstante ir 730 pC/N, relatīvā dielektriskā caurlaidība ir 7226, un dielektriskie zudumi ir tikai 0,07.
Rezumējot, keramikas suspensiju daļiņu izmērs, cietvielu saturs un reoloģiskās īpašības ne tikai ietekmē drukas procesa stabilitāti un precizitāti, bet arī tieši nosaka saķepināto ķermeņu blīvumu un pjezoelektrisko reakciju, padarot tos par galvenajiem parametriem augstas veiktspējas 3D drukātas pjezoelektriskās keramikas iegūšanai.
BT/UV paraugu LCD-SLA 3D drukāšanas galvenais process
PMN-PT keramikas īpašības ar dažādu cietvielu saturu
IV. Dzirksteļplazmas sintēze
Dzirksteļplazmas sintēze (DPS) ir uzlabota sintēzes tehnoloģija, kas izmanto pulvera vienlaicīgu pulvera sablīvēšanu ar impulsstrāvu un mehānisko spiedienu, lai panāktu ātru blīvēšanu. Šajā procesā strāva tieši uzsilda veidni un pulveri, radot Džoula siltumu un plazmu, kas nodrošina efektīvu sintēzes procesu īsā laikā (parasti 10 minūšu laikā). Ātra uzsildīšana veicina virsmas difūziju, savukārt dzirksteļizlāde palīdz noņemt adsorbētās gāzes un oksīda slāņus no pulvera virsmām, uzlabojot sintēzes veiktspēju. Elektromagnētisko lauku izraisītais elektromigrācijas efekts arī uzlabo atomu difūziju.
Salīdzinot ar tradicionālo karsto presēšanu, SPS izmanto tiešāku karsēšanu, kas ļauj veikt blīvēšanu zemākā temperatūrā, vienlaikus efektīvi kavējot graudu augšanu, lai iegūtu smalkas un vienmērīgas mikrostruktūras. Piemēram:
- Bez piedevām, izmantojot samaltu SiC pulveri kā izejvielu, saķepinot 2100 °C temperatūrā un 70 MPa spiedienā 30 minūtes, ieguva paraugus ar 98 % relatīvo blīvumu.
- Sintēšana 1700 °C temperatūrā un 40 MPa spiedienā 10 minūtes ieguva kubisku SiC ar 98 % blīvumu un graudu izmēru tikai 30–50 nm.
- Izmantojot 80 µm granulētu SiC pulveri un sintējot to 1860°C temperatūrā un 50 MPa spiedienā 5 minūtes, tika iegūta augstas veiktspējas SiC keramika ar 98,5% relatīvo blīvumu, Vikersa mikrocietību 28,5 GPa, lieces izturību 395 MPa un plaisas izturību 4,5 MPa·m^1/2.
Mikrostruktūras analīze parādīja, ka, palielinoties sintēzes temperatūrai no 1600 °C līdz 1860 °C, materiāla porainība ievērojami samazinājās, augstās temperatūrās tuvojoties pilnam blīvumam.
SiC keramikas mikrostruktūra, kas saķepināta dažādās temperatūrās: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C un (D) 1860°C
V. Aditīvā ražošana
Pateicoties slāni pa slānim veidotajam konstrukcijas procesam, aditīvā ražošana (AM) nesen ir pierādījusi milzīgu potenciālu sarežģītu keramikas komponentu ražošanā. SiC keramikas ražošanai ir izstrādātas vairākas AM tehnoloģijas, tostarp saistvielu strūklas metode (BJ), 3DP, selektīvā lāzera sintēšana (SLS), tiešā tintes rakstīšana (DIW) un stereolitogrāfija (SL, DLP). Tomēr 3DP un DIW ir zemāka precizitāte, savukārt SLS mēdz izraisīt termisko spriegumu un plaisas. Turpretī BJ un SL piedāvā lielākas priekšrocības augstas tīrības pakāpes, augstas precizitātes sarežģītu keramikas izstrādājumu ražošanā.
- Saistvielu strūklas apstrāde (BJ)
BJ tehnoloģija ietver saistvielas izsmidzināšanu pa slānim, lai iegūtu pulverveida saiti, kam seko atdalīšana un sintēze, lai iegūtu gatavu keramikas produktu. Apvienojot BJ ar ķīmisko tvaiku infiltrāciju (CVI), tika veiksmīgi sagatavota augstas tīrības pakāpes, pilnībā kristāliska SiC keramika. Process ietver:
① SiC keramikas zaļo ķermeņu veidošana, izmantojot BJ.
② Blīvēšana ar CVI metodi 1000 °C temperatūrā un 200 toru spiedienā.
③ Galīgās SiC keramikas blīvums bija 2,95 g/cm³, siltumvadītspēja 37 W/m·K un lieces izturība 297 MPa.
Līmes strūklas (BJ) drukas shematiska diagramma. (A) Datorizētas projektēšanas (CAD) modelis, (B) BJ principa shematiska diagramma, (C) SiC drukāšana ar BJ, (D) SiC blīvēšana ar ķīmisku tvaiku infiltrāciju (CVI)
- Stereolitogrāfija (SL)
SL ir UV sacietēšanas keramikas formēšanas tehnoloģija ar ārkārtīgi augstu precizitāti un sarežģītu struktūru izgatavošanas iespējām. Šī metode izmanto gaismjutīgus keramikas suspensijas ar augstu cietvielu saturu un zemu viskozitāti, lai veidotu 3D keramikas zaļos ķermeņus, izmantojot fotopolimerizāciju, kam seko atdalīšana un augstas temperatūras sintēšana, lai iegūtu galaproduktu.
Izmantojot 35 tilp.% SiC suspensiju, augstas kvalitātes 3D zaļie ķermeņi tika sagatavoti 405 nm UV apstarojumā un tālāk sablīvēti, izmantojot polimēru izdedzināšanu 800°C temperatūrā un PIP apstrādi. Rezultāti parādīja, ka paraugi, kas sagatavoti ar 35 tilp.% suspensiju, sasniedza relatīvo blīvumu 84,8%, pārspējot 30% un 40% kontroles grupas.
Ieviešot lipofīlu SiO₂ un fenola epoksīdsveķus (PEA), lai modificētu suspensiju, fotopolimerizācijas veiktspēja tika efektīvi uzlabota. Pēc 4 stundu ilgas saķepināšanas 1600°C temperatūrā tika panākta gandrīz pilnīga konversija par SiC, ar galīgo skābekļa saturu tikai 0,12%, kas ļāva vienā posmā izgatavot augstas tīrības pakāpes, sarežģītas struktūras SiC keramiku bez iepriekšējas oksidācijas vai iepriekšējas infiltrācijas posmiem.
Drukas struktūras un tās sintēzes procesa ilustrācija. Parauga izskats pēc žāvēšanas (A) 25°C temperatūrā, pirolīzes (B) 1000°C temperatūrā un sintēzes (C) 1600°C temperatūrā.
Izstrādājot gaismjutīgas Si₃N₄ keramikas suspensijas stereolitogrāfijas 3D drukāšanai un izmantojot atsaistītāju noņemšanas-pirmsaķepināšanas un augstas temperatūras novecošanas procesus, tika sagatavota Si₃N₄ keramika ar 93,3% teorētisko blīvumu, stiepes izturību 279,8 MPa un lieces izturību 308,5–333,2 MPa. Pētījumos atklāts, ka 45 tilp.% cietvielu satura un 10 s iedarbības laika apstākļos var iegūt vienslāņa “zaļos ķermeņus” ar IT77 līmeņa sacietēšanas precizitāti. Zemas temperatūras atsaistītāju noņemšanas process ar sildīšanas ātrumu 0,1 °C/min palīdzēja iegūt “zaļos ķermeņus” bez plaisām.
Sintēšana ir galvenais solis, kas ietekmē galīgo veiktspēju stereolitogrāfijā. Pētījumi liecina, ka sintēšanas palīglīdzekļu pievienošana var efektīvi uzlabot keramikas blīvumu un mehāniskās īpašības. Izmantojot CeO₂ kā sintēšanas palīglīdzekli un elektriskā lauka atbalstītu sintēšanas tehnoloģiju augsta blīvuma Si₃N₄ keramikas pagatavošanai, tika konstatēts, ka CeO₂ segregējas pie graudu robežām, veicinot graudu robežu slīdēšanu un blīvēšanu. Iegūtajai keramikai bija Vikersa cietība HV10/10 (1347,9 ± 2,4) un lūzuma izturība (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/². Ar MgO–Y₂O₃ kā piedevām uzlabojās keramikas mikrostruktūras homogenitāte, ievērojami uzlabojot veiktspēju. Ar kopējo leģēšanas līmeni 8 svara % lieces izturība un siltumvadītspēja sasniedza attiecīgi 915,54 MPa un 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹.
VI. Secinājums
Rezumējot, augstas tīrības pakāpes silīcija karbīda (SiC) keramika kā izcils inženiertehniskais keramikas materiāls ir demonstrējusi plašas pielietojuma iespējas pusvadītājos, kosmosa un kosmosa rūpniecībā, kā arī ekstremālu apstākļu iekārtās. Šajā rakstā sistemātiski tika analizēti pieci tipiski augstas tīrības pakāpes SiC keramikas sagatavošanas veidi — rekristalizācijas sintēze, bezspiediena sintēze, karstā presēšana, dzirksteļu plazmas sintēze un aditīvā ražošana —, detalizēti aplūkojot to blīvēšanas mehānismus, galveno parametru optimizāciju, materiāla veiktspēju un attiecīgās priekšrocības un ierobežojumus.
Ir skaidrs, ka katram no dažādiem procesiem ir unikālas īpašības augstas tīrības pakāpes, augsta blīvuma, sarežģītu struktūru un rūpnieciskās iespējamības sasniegšanā. Jo īpaši aditīvās ražošanas tehnoloģija ir parādījusi lielu potenciālu sarežģītas formas un pielāgotu komponentu ražošanā, ar izrāvieniem tādās apakšnozarēs kā stereolitogrāfija un saistvielu izsmidzināšana, padarot to par svarīgu attīstības virzienu augstas tīrības pakāpes SiC keramikas sagatavošanā.
Turpmākajiem pētījumiem par augstas tīrības pakāpes SiC keramikas sagatavošanu ir jāiedziļinās, veicinot pāreju no laboratorijas mēroga uz liela mēroga, ļoti uzticamiem inženiertehniskiem pielietojumiem, tādējādi nodrošinot kritiski svarīgu materiālu atbalstu augstas klases iekārtu ražošanai un nākamās paaudzes informācijas tehnoloģijām.
XKH ir augsto tehnoloģiju uzņēmums, kas specializējas augstas veiktspējas keramikas materiālu izpētē un ražošanā. Tas ir veltīts tam, lai klientiem sniegtu pielāgotus risinājumus augstas tīrības pakāpes silīcija karbīda (SiC) keramikas veidā. Uzņēmumam ir progresīvas materiālu sagatavošanas tehnoloģijas un precīzas apstrādes iespējas. Tā darbība aptver augstas tīrības pakāpes SiC keramikas izpēti, ražošanu, precīzu apstrādi un virsmas apstrādi, atbilstot stingrajām pusvadītāju, jaunās enerģijas, kosmosa un citu nozaru prasībām attiecībā uz augstas veiktspējas keramikas komponentiem. Izmantojot nobriedušus saķepināšanas procesus un aditīvās ražošanas tehnoloģijas, mēs varam piedāvāt klientiem pilna servisa pakalpojumus, sākot no materiālu formulu optimizācijas un sarežģītas struktūras veidošanas līdz precīzai apstrādei, nodrošinot, ka produktiem piemīt izcilas mehāniskās īpašības, termiskā stabilitāte un izturība pret koroziju.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 30. jūlijs