Paano ginawa ang Silicon Carbide Ceramic?

2025,09,23

Ang proseso para sa paggawa ng silikon na karbida (sic) ceramic ay naiiba sa tradisyonal na mga keramika na batay sa luad. Ito ay isang high-tech na materyal na nangangailangan ng mataas na temperatura at dalubhasang pamamaraan.

Narito ang isang pagkasira ng kung paano ginawa ang silikon na karbida ceramic, mula sa mga hilaw na materyales hanggang sa natapos na produkto.

Ang pangunahing reaksyon: ang proseso ng acheson

Ang paglalakbay ay nagsisimula sa paggawa ng silikon na karbida ng karbida mismo. Ang pinakakaraniwang pamamaraan ay ang proseso ng acheson, na pinangalanan sa imbentor nito na si Edward G. Acheson (1891).

1. RAW MATERIALS: Ginagamit ang isang halo ng mataas na kadalisayan na silica buhangin (SIO₂) at petrolyo coke (C).

2. Pag-init: Ang pinaghalong ay naka-pack sa paligid ng isang gitnang grapayt conductor sa isang malaki, mahaba, mababang-paglaban ng electric furnace (isang hurno ng acheson).

3. Reaksyon ng Mataas na temperatura: Ang isang napakalaking elektrikal na kasalukuyang ay dumaan sa graphite core, pagpainit ng nakapalibot na halo sa mga temperatura sa pagitan ng 1700 ° C at 2500 ° C (3100 ° F - 4500 ° F). Sa matinding init na ito, ang isang reaksyon ng kemikal ay nangyayari:

SIO₂ + 3C → SIC + 2CO

(Silica + Carbon → Silicon Carbide + Carbon Monoxide Gas)

4. Resulta: Ang proseso ay nagbubunga ng malaki, mala -kristal na masa ng silikon na karbida. Ang mga masa na ito ay pagkatapos ay durog, gilingan, at nalinis upang makabuo ng multa, kontrolado-powder na ang panimulang punto para sa paggawa ng mga sangkap na ceramic.

Mula sa pulbos hanggang sa solidong ceramic: ang mga pamamaraan ng paghuhubog at pagsasala

Ang sic powder lamang ay hindi isang malakas, siksik na ceramic. Upang lumikha ng isang solidong bagay, ang pulbos ay dapat na hugis at pagkatapos ay magkasama sa isang proseso na tinatawag na sintering. Ang pangunahing hamon ay ang SIC ay may malakas na mga bono ng covalent, na napakahirap na mag -igin. Samakatuwid, kinakailangan ang mga espesyal na pamamaraan. Ang tatlong pangunahing pamamaraan ay:

1. Sintering (Solid-State Sintering)

Ito ang pinaka-karaniwang pamamaraan para sa paggawa ng mga kumplikadong sangkap na hugis.

# Paghahalo: Ang pulbos na SIC ay halo -halong may isang tulong sa pagsasala, karaniwang isang maliit na halaga ng boron (B) at carbon (C). Ang carbon ay tumutulong na alisin ang layer ng oxide sa mga particle ng SIC, at ang boron ay nagtataguyod ng pagsasabog ng atomic.

# Paghahanda: Ang pinaghalong pulbos ay hugis sa isang "berdeng katawan" (isang hindi pinipigilan na form). Maaari itong gawin sa pamamagitan ng:

* Dry Pressing: uniaxial o isostatic pagpindot para sa mga simpleng hugis.

* Extrusion: para sa mahaba, tuluy -tuloy na mga hugis tulad ng mga tubo o rod.

* Paghuhubog ng iniksyon: Para sa napaka -kumplikado at masalimuot na mga hugis.

# Sintering: Ang berdeng katawan ay pinainit sa isang inertong kapaligiran (tulad ng argon) sa mga temperatura sa paligid ng 2000 ° C - 2100 ° C (3630 ° F - 3810 ° F). Sa temperatura na ito, ang mga particle ay nagkakalat sa bawat isa sa mga punto ng pakikipag -ugnay, magkasama upang makabuo ng isang siksik, solidong ceramic na may kaunting porosity.

Resulta: Sintered silikon carbide (SSIC). Ito ay may mataas na kadalisayan, mahusay na paglaban sa pagsusuot, at mahusay na lakas ng makina.

2. Reaksyon Bonding (o Siliconizing)

Ang pamamaraang ito ay lumilikha ng isang malapit-net-hugis na bahagi na may kaunting pag-urong.

# Paghahanda: Ang isang halo ng sic powder at carbon (hal, grapayt) ay nabuo sa isang berdeng berdeng katawan.

# Infiltration: Ang berdeng katawan ay pagkatapos ay inilalagay sa pakikipag -ugnay sa tinunaw na silikon metal (SI) sa isang hurno sa ilalim ng isang vacuum.

# Reaksyon: Ang tinunaw na silikon ay iginuhit sa porous na katawan sa pamamagitan ng pagkilos ng capillary. Pagkatapos ay gumanti ito sa carbon sa loob ng katawan upang makabuo ng mga bagong silikon na karbida (SI + C → SIC), na pinagsama ang mga orihinal na partikulo ng SIC.

# Labis na silikon: Ang anumang mga puwang na hindi napuno ng reaksyon ay puno ng natitirang metal na silikon.

Resulta: reaksyon-bonded silikon carbide (RBSC) o silikonized silikon carbide. Ito ay mas matindi kaysa sa SSIC ngunit naglalaman ng 5-15% libreng silikon, na nagpapababa sa lakas ng mataas na temperatura at paglaban ng kemikal kumpara sa SSIC.

3. Mainit na pagpindot

Ang pamamaraang ito ay gumagawa ng pinakamataas na density at lakas ngunit mas mahal at limitado sa mga simpleng hugis.

# Proseso: Ang sic powder (na may mga pantulong na pantulong) ay inilalagay sa isang mamatay, karaniwang gawa sa grapayt.

# Sabay -sabay na init at presyon: Ang mamatay ay pinainit sa mga temperatura ng sintering (~ 1900 ° C - 2000 ° C) habang sabay na nag -aaplay ng napakataas na uniaxial pressure (sampu -sampung MPa).

# Pakinabang: Ang kumbinasyon ng init at presyon ay nagtutulak ng pagpapagaan nang mas epektibo at sa isang mas mababang temperatura kaysa sa walang presyur na sintering.

Resulta: mainit na pinindot na silikon na karbida (HPSIC). Mayroon itong higit na mahusay na mga katangian ng mekanikal ngunit karaniwang ginawa bilang mga simpleng hugis tulad ng mga plato o mga bloke na nangangailangan ng kasunod na machining na may mga tool sa brilyante.

Pangwakas na Hakbang: Machining

Pagkatapos ng pagsasala, ang sangkap ay malapit sa pangwakas na hugis nito ngunit madalas na nangangailangan ng machining machining. Sapagkat ang SIC ay labis na mahirap (9.5 sa scale ng MOHS, malapit sa brilyante), maaari lamang itong gawin gamit ang mga gulong o mga tool na nagdidisenyo ng brilyante.

Sa buod, ang paggawa ng silikon na carbide ceramic ay isang proseso ng multi-hakbang na nagsasangkot ng unang synthesizing ang ultra-hard powder at pagkatapos ay gumagamit ng dalubhasang, mataas na temperatura na pamamaraan upang mapanghawakan ito sa isang malakas, matibay na materyal sa engineering.

Maaaring gusto mo: Zirconia ceramic, ceramic na sangkap