Высокачыстая кераміка на аснове карбіду крэмнію (SiC) стала ідэальным матэрыялам для найважнейшых кампанентаў у паўправадніковай, аэракасмічнай і хімічнай прамысловасці дзякуючы сваёй выключнай цеплаправоднасці, хімічнай стабільнасці і механічнай трываласці. З ростам попыту на высокапрадукцыйныя керамічныя прылады з нізкім узроўнем забруджвання навакольнага асяроддзя, распрацоўка эфектыўных і маштабуемых тэхналогій атрымання высакачыстай керамікі SiC стала глабальным цэнтрам даследаванняў. У гэтым артыкуле сістэматычна разглядаюцца асноўныя сучасныя метады атрымання высакачыстай керамікі SiC, у тым ліку рэкрысталізацыйнае спяканне, бязціскавае спяканне (PS), гарачае прэсаванне (HP), іскравае плазменнае спяканне (SPS) і адытыўнае вытворчасць (AM), з акцэнтам на абмеркаванне механізмаў спякання, ключавых параметраў, уласцівасцей матэрыялаў і існуючых праблем кожнага працэсу.
Прымяненне SiC-керамікі ў ваеннай і інжынернай галінах
У цяперашні час высакаякасныя керамічныя кампаненты з карбіду крэмнію шырока выкарыстоўваюцца ў абсталяванні для вытворчасці крэмніевых пласцін, удзельнічаючы ў такіх асноўных працэсах, як акісленне, літаграфія, травленне і іённая імплантацыя. З развіццём тэхналогіі вырабу пласцін павелічэнне памераў пласцін стала значнай тэндэнцыяй. У цяперашні час асноўны памер пласцін складае 300 мм, што дазваляе дасягнуць добрага балансу паміж коштам і вытворчай магутнасцю. Аднак, кіруючыся законам Мура, масавая вытворчасць пласцін памерам 450 мм ужо стаіць на парадку дня. Большыя пласціны звычайна патрабуюць большай структурнай трываласці, каб супрацьстаяць дэфармацыі і дэфармацыі, што яшчэ больш стымулюе рост попыту на керамічныя кампаненты з карбіду крэмнію вялікага памеру, высокай трываласці і высокай чысціні. У апошнія гады адытыўная вытворчасць (3D-друк) як тэхналогія хуткага прататыпавання, якая не патрабуе формаў, прадэманстравала велізарны патэнцыял у вырабе керамічных дэталяў з карбіду крэмнію са складанай структурай дзякуючы сваёй папластовай канструкцыі і гнуткім магчымасцям праектавання, прыцягваючы шырокую ўвагу.
У гэтай працы будуць сістэматычна прааналізаваны пяць тыповых метадаў атрымання высакаякаснай керамікі SiC — рэкрысталізацыйнае спяканне, спяканне без ціску, гарачае прэсаванне, іскравае плазменнае спяканне і адытыўная вытворчасць — з акцэнтам на механізмах спякання, стратэгіях аптымізацыі працэсаў, характарыстыках матэрыялаў і перспектывах прамысловага прымянення.
Патрабаванні да сыравіны з высакаякаснага карбіду крэмнію
I. Рэкрышталізацыйнае спяканне
Перакрышталізаваны карбід крэмнію (RSiC) — гэта высакаякасны матэрыял SiC, які атрымліваецца без дабавак для спякання пры высокіх тэмпературах 2100–2500°C. З таго часу, як Фрэдрыксан упершыню адкрыў з'яву перакрышталізацыі ў канцы 19 стагоддзя, RSiC прыцягнуў значную ўвагу дзякуючы чыстым межам зерняў і адсутнасці шкляных фаз і прымешак. Пры высокіх тэмпературах SiC праяўляе адносна высокі ціск пары, і механізм яго спякання ў асноўным уключае працэс выпарэння-кандэнсацыі: дробныя зерні выпараюцца і пераасядаюць на паверхні больш буйных зерняў, спрыяючы росту шыйкі і непасрэднаму злучэнню паміж зернямі, тым самым павышаючы трываласць матэрыялу.
У 1990 годзе Крыгесман падрыхтаваў RSiC з адноснай шчыльнасцю 79,1% з дапамогай ліцця пад ціскам пры тэмпературы 2200°C, прычым папярочны сячэнне дэманстравала мікраструктуру, якая складаецца з буйных зерняў і пор. Пасля гэтага І і інш. выкарысталі гелевае ліццё для падрыхтоўкі сырых вырабаў і спеклі іх пры тэмпературы 2450°C, атрымаўшы кераміку RSiC з аб'ёмнай шчыльнасцю 2,53 г/см³ і трываласцю на выгіб 55,4 МПа.
Паверхня разлому RSiC, атрыманая ў SEM
У параўнанні з шчыльным SiC, RSiC мае меншую шчыльнасць (прыблізна 2,5 г/см³) і каля 20% адкрытай порыстасці, што абмяжоўвае яго прадукцыйнасць у высокатрывалых прымяненнях. Таму паляпшэнне шчыльнасці і механічных уласцівасцей RSiC стала ключавым напрамкам даследаванняў. Сунг і інш. прапанавалі інфільтраваць расплаўлены крэмній у змешаныя кампактныя вырабы з вугляроду/β-SiC і перакрышталізаваць іх пры тэмпературы 2200°C, паспяхова пабудаваўшы сеткаватую структуру, якая складаецца з буйных зерняў α-SiC. У выніку RSiC дасягнуў шчыльнасці 2,7 г/см³ і трываласці на выгіб 134 МПа, захоўваючы выдатную механічную стабільнасць пры высокіх тэмпературах.
Для далейшага павышэння шчыльнасці Го і інш. выкарысталі тэхналогію інфільтрацыі і піролізу палімераў (PIP) для шматразовай апрацоўкі RSiC. Выкарыстоўваючы растворы PCS/ксілол і суспензіі SiC/PCS/ксілол у якасці інфільтратараў, пасля 3–6 цыклаў PIP шчыльнасць RSiC значна палепшылася (да 2,90 г/см³), а таксама яго трываласць на выгіб. Акрамя таго, яны прапанавалі цыклічную стратэгію, якая спалучае PIP і перакрышталізацыю: піроліз пры 1400°C з наступнай перакрышталізацыяй пры 2400°C, што эфектыўна ліквідуе закаркаванні часціц і памяншае парыстасць. Канчатковы матэрыял RSiC дасягнуў шчыльнасці 2,99 г/см³ і трываласці на выгіб 162,3 МПа, што прадэманстравала выдатныя комплексныя характарыстыкі.
СЭМ-выявы эвалюцыі мікраструктуры паліраванага RSiC пасля цыклаў палімернай імпрэсіі і піролізу (PIP)-рэкрышталізацыі: пачатковы RSiC (A), пасля першага цыклу PIP-рэкрышталізацыі (B) і пасля трэцяга цыклу (C).
II. Спяканне без ціску
Кераміка з карбіду крэмнію (SiC), спечаная пад ціскам, звычайна вырабляецца з выкарыстаннем высокачыстага, ультратонкага парашка SiC у якасці сыравіны з даданнем невялікай колькасці дапаможных рэчываў для спякання і спякаецца ў інэртнай атмасферы або вакууме пры тэмпературы 1800–2150°C. Гэты метад падыходзіць для вырабу керамічных кампанентаў вялікага памеру і складанай структуры. Аднак, паколькі SiC у асноўным мае кавалентныя сувязі, яго каэфіцыент самадыфузіі надзвычай нізкі, што ўскладняе ўшчыльненне без дапаможных рэчываў для спякання.
У залежнасці ад механізму спякання, спяканне без ціску можна падзяліць на дзве катэгорыі: спяканне ў вадкай фазе без ціску (PLS-SiC) і спяканне ў цвёрдай фазе без ціску (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (спяканне ў вадкай фазе)
PLS-SiC звычайна спякаюць пры тэмпературы ніжэй за 2000°C шляхам дадання прыблізна 10 мас.% эўтэктычных дапаможных рэчываў для спякання (такіх як Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ і аксіды рэдказямельных элементаў RE₂O₃) для ўтварэння вадкай фазы, што спрыяе перагрупоўцы часціц і масапераносу для дасягнення ўшчыльнення. Гэты працэс падыходзіць для керамікі SiC прамысловага класа, але не было паведамленняў аб высакаякасным SiC, атрыманым шляхам спякання ў вадкай фазе.
1.2 PSS-SiC (спяканне ў цвёрдым стане)
PSS-SiC прадугледжвае ўшчыльненне ў цвёрдым стане пры тэмпературах вышэй за 2000°C з прыблізна 1% па вазе дабавак. Гэты працэс у асноўным абапіраецца на атамную дыфузію і перабудову зерняў пад уздзеяннем высокіх тэмператур для зніжэння павярхоўнай энергіі і дасягнення ўшчыльнення. Сістэма BC (бор-вуглярод) — гэта распаўсюджаная камбінацыя дабавак, якая можа знізіць энергію межаў зерняў і выдаліць SiO₂ з паверхні SiC. Аднак традыцыйныя дабаўкі BC часта ўводзяць рэшткавыя прымешкі, зніжаючы чысціню SiC.
Шляхам кантролю ўтрымання дабавак (B 0,4 мас.%, C 1,8 мас.%) і спякання пры тэмпературы 2150°C на працягу 0,5 гадзіны была атрымана высакаякасная кераміка SiC з чысцінёй 99,6 мас.% і адноснай шчыльнасцю 98,4%. Мікраструктура ўяўляла сабой слупчастыя зярняты (некаторыя з якіх перавышалі 450 мкм у даўжыню) з нязначнымі порамі на межах зярнят і часцінкамі графіту ўнутры зярнят. Кераміка прадэманстравала трываласць на выгіб 443 ± 27 МПа, модуль пругкасці 420 ± 1 ГПа і каэфіцыент цеплавога пашырэння 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ у дыяпазоне ад пакаёвай тэмпературы да 600°C, што дэманструе выдатныя агульныя характарыстыкі.
Мікраструктура PSS-SiC: (A) SEM-выява пасля паліроўкі і травлення NaOH; (BD) BSD-выявы пасля паліроўкі і травлення
III. Гарачае прэсаванне і спяканне
Гарачае прэсаванне (ГСП) — гэта метад ушчыльнення, пры якім да парашкападобных матэрыялаў адначасова прымяняюцца цяпло і аднавосевы ціск ва ўмовах высокай тэмпературы і высокага ціску. Высокі ціск значна перашкаджае ўтварэнню пор і абмяжоўвае рост зерняў, у той час як высокая тэмпература спрыяе плаўленню зерняў і ўтварэнню шчыльных структур, у выніку чаго ўтвараецца кераміка з карбіду крэмнію высокай шчыльнасці і высокай чысціні. З-за накіраванага характару прэсавання гэты працэс, як правіла, выклікае анізатрапію зерняў, што ўплывае на механічныя ўласцівасці і зносаўстойлівасць.
Чыстую кераміку з карбіду крэмнію (SiC) цяжка ўшчыльніць без дабавак, што патрабуе спякання пад звышвысокім ціскам. Надо і інш. паспяхова падрыхтавалі цалкам шчыльны SiC без дабавак пры тэмпературы 2500°C і 5000 МПа; Сан і інш. атрымалі аб'ёмныя матэрыялы β-SiC з цвёрдасцю па Вікерсу да 41,5 ГПа пры 25 ГПа і 1400°C. Пры ціску 4 ГПа была падрыхтавана кераміка з карбіду крэмнію з адноснай шчыльнасцю прыблізна 98% і 99%, цвёрдасцю 35 ГПа і модулем пругкасці 450 ГПа пры тэмпературы 1500°C і 1900°C адпаведна. Спяканне парашка SiC мікронных памераў пры 5 ГПа і 1500°C дало кераміку з цвёрдасцю 31,3 ГПа і адноснай шчыльнасцю 98,4%.
Нягледзячы на тое, што гэтыя вынікі паказваюць, што звышвысокі ціск можа дасягнуць ушчыльнення без дабавак, складанасць і высокі кошт неабходнага абсталявання абмяжоўваюць прамысловае прымяненне. Таму ў практычнай падрыхтоўцы для павышэння рухаючай сілы спякання часта выкарыстоўваюцца мікрадабаўкі або грануляцыя парашка.
Шляхам дадання 4 мас.% фенольнай смалы ў якасці дадатку і спякання пры тэмпературы 2350°C і ціску 50 МПа была атрымана кераміка SiC са ступенню ўшчыльнення 92% і чысцінёй 99,998%. Выкарыстоўваючы невялікую колькасць дабавак (борная кіслата і D-фруктоза) і спякання пры тэмпературы 2050°C і ціску 40 МПа, быў атрыманы высакаякасны SiC з адноснай шчыльнасцю >99,5% і рэшткавым утрыманнем B толькі 556 ppm. СЭМ-выявы паказалі, што ў параўнанні з узорамі, спечанымі без ціску, гарачапрэсаваныя ўзоры мелі меншыя зярняткі, менш пор і больш высокую шчыльнасць. Трываласць на выгіб склала 453,7 ± 44,9 МПа, а модуль пругкасці дасягнуў 444,3 ± 1,1 ГПа.
Дзякуючы падаўжэнню часу вытрымкі пры 1900°C памер зерня павялічыўся з 1,5 мкм да 1,8 мкм, а цеплаправоднасць палепшылася са 155 да 167 Вт·м⁻¹·K⁻¹, адначасова палепшыўшы ўстойлівасць да плазменнай карозіі.
Пры тэмпературы 1850°C і ціску 30 МПа гарачае прэсаванне і хуткае гарачае прэсаванне грануляванага і адпаленага парашка SiC дазволіла атрымаць цалкам шчыльную β-SiC кераміку без якіх-небудзь дабавак, з шчыльнасцю 3,2 г/см³ і тэмпературай спякання на 150–200°C ніжэйшай, чым пры традыцыйных працэсах. Кераміка прадэманстравала цвёрдасць 2729 ГПа, глейкасць разрушэння 5,25–5,30 МПа·м^1/2 і выдатную ўстойлівасць да паўзучасці (хуткасці паўзучасці 9,9 × 10⁻¹⁰ с⁻¹ і 3,8 × 10⁻⁹ с⁻¹ пры 1400°C/1450°C і 100 МПа).
(A) SEM-выява паліраванай паверхні; (B) SEM-выява паверхні разлому; (C, D) BSD-выява паліраванай паверхні
У даследаваннях 3D-друку для п'езаэлектрычнай керамікі керамічная суспензія як асноўны фактар, які ўплывае на фармаванне і прадукцыйнасць, стала ключавым фактарам на айчынным і міжнародным узроўнях. Сучасныя даследаванні ў цэлым паказваюць, што такія параметры, як памер часціц парашка, глейкасць суспензіі і ўтрыманне цвёрдых рэчываў, істотна ўплываюць на якасць фармавання і п'езаэлектрычныя ўласцівасці канчатковага прадукту.
Даследаванні паказалі, што керамічныя суспензіі, падрыхтаваныя з выкарыстаннем мікронных, субмікронных і нанапамерных парашкоў тытаната барыю, дэманструюць значныя адрозненні ў працэсах стэрэалітаграфіі (напрыклад, LCD-SLA). Па меры памяншэння памеру часціц глейкасць суспензіі значна павялічваецца, прычым нанапамерныя парашкі ўтвараюць суспензіі з глейкасцю, якая дасягае мільярдаў мПа·с. Суспензіі з мікроннымі парашкамі схільныя да распластоўвання і адслойвання падчас друку, у той час як субмікронныя і нанапамерныя парашкі дэманструюць больш стабільныя характарыстыкі фармавання. Пасля высокатэмпературнага спякання атрыманыя керамічныя ўзоры дасягнулі шчыльнасці 5,44 г/см³, п'езаэлектрычнага каэфіцыента (d₃₃) прыблізна 200 пКл/Н і нізкіх каэфіцыентаў страт, дэманструючы выдатныя электрамеханічныя ўласцівасці.
Акрамя таго, у працэсах мікрастэрэалітаграфіі, карэкціроўка ўтрымання цвёрдых рэчываў у суспензіях тыпу PZT (напрыклад, 75 мас.%) давала спечаныя целы са шчыльнасцю 7,35 г/см³, дасягаючы п'езаэлектрычнай пастаяннай да 600 пКл/Н пад уздзеяннем палярызуючых электрычных палёў. Даследаванні па кампенсацыі дэфармацыі ў мікрамаштабе значна палепшылі дакладнасць фармавання, павялічваючы геаметрычную дакладнасць да 80%.
Іншае даследаванне п'езаэлектрычнай керамікі PMN-PT паказала, што ўтрыманне цвёрдых рэчываў крытычна ўплывае на структуру керамікі і электрычныя ўласцівасці. Пры ўтрыманні цвёрдых рэчываў 80% па масе ў кераміцы лёгка з'яўляліся пабочныя прадукты; па меры павелічэння ўтрымання цвёрдых рэчываў да 82% па масе і вышэй пабочныя прадукты паступова знікалі, і керамічная структура станавілася больш чыстай, са значным паляпшэннем характарыстык. Пры 82% па масе кераміка прадэманстравала аптымальныя электрычныя ўласцівасці: п'езаэлектрычная пастаянная 730 пКл/Н, адносная дыэлектрычная пранікальнасць 7226 і дыэлектрычныя страты ўсяго 0,07.
Карацей кажучы, памер часціц, утрыманне цвёрдых рэчываў і рэалагічныя ўласцівасці керамічных суспензій не толькі ўплываюць на стабільнасць і дакладнасць працэсу друку, але і непасрэдна вызначаюць шчыльнасць і п'езаэлектрычную рэакцыю спечаных цел, што робіць іх ключавымі параметрамі для дасягнення высокапрадукцыйнай п'езаэлектрычнай керамікі, надрукаванай з дапамогай 3D-друку.
Асноўны працэс 3D-друку LCD-SLA ўзораў BT/UV
Уласцівасці керамікі PMN-PT з розным утрыманнем цвёрдых рэчываў
IV. Іскравае плазменнае спяканне
Іскравае плазменнае спяканне (ІПС) — гэта перадавая тэхналогія спякання, якая выкарыстоўвае адначасовае прымяненне імпульснага току і механічнага ціску да парашка для дасягнення хуткага ўшчыльнення. У гэтым працэсе ток непасрэдна награвае форму і парашок, генеруючы джоўлева цяпло і плазму, што дазваляе эфектыўна спякаць за кароткі час (звычайна на працягу 10 хвілін). Хуткі нагрэў спрыяе павярхоўнай дыфузіі, а іскравы разрад дапамагае выдаліць адсарбаваныя газы і аксідныя пласты з паверхні парашка, паляпшаючы прадукцыйнасць спякання. Эфект электраміграцыі, выкліканы электрамагнітнымі палямі, таксама ўзмацняе атамную дыфузію.
У параўнанні з традыцыйным гарачым прэсаваннем, SPS выкарыстоўвае больш прамога нагрэву, што дазваляе ўшчыльняць пры больш нізкіх тэмпературах, эфектыўна стрымліваючы рост зерняў для атрымання дробных і аднастайных мікраструктур. Напрыклад:
- Без дабавак, з выкарыстаннем молатага парашка SiC у якасці сыравіны, спяканне пры тэмпературы 2100°C і ціску 70 МПа на працягу 30 хвілін дазволіла атрымаць узоры з адноснай шчыльнасцю 98%.
- Спяканне пры тэмпературы 1700°C і ціску 40 МПа на працягу 10 хвілін прывяло да атрымання кубічнага SiC са шчыльнасцю 98% і памерам зерняў усяго 30–50 нм.
- Выкарыстанне грануляванага парашка SiC памерам 80 мкм і спяканне пры тэмпературы 1860°C і ціску 50 МПа на працягу 5 хвілін прывяло да атрымання высокапрадукцыйнай керамікі SiC з адноснай шчыльнасцю 98,5%, мікрацвёрдасцю па Вікерсу 28,5 ГПа, трываласцю на выгіб 395 МПа і вязкасцю да разрушэння 4,5 МПа·м^1/2.
Мікраструктурны аналіз паказаў, што па меры павышэння тэмпературы спякання з 1600°C да 1860°C парознасць матэрыялу значна змяншалася, набліжаючыся да поўнай шчыльнасці пры высокіх тэмпературах.
Мікраструктура SiC-керамікі, спечанай пры розных тэмпературах: (A) 1600°C, (B) 1700°C, (C) 1790°C і (D) 1860°C
V. Адытыўная вытворчасць
Адытыўнае вытворчасць (AM) нядаўна прадэманстравала велізарны патэнцыял у вырабе складаных керамічных кампанентаў дзякуючы працэсу папластовага будаўніцтва. Для керамікі SiC было распрацавана мноства тэхналогій AM, у тым ліку струменевае нанясенне злучных рэчываў (BJ), 3DP, селектыўнае лазернае спяканне (SLS), прамое чарнільнае нанясенне (DIW) і стэрэалітаграфія (SL, DLP). Аднак 3DP і DIW маюць меншую дакладнасць, у той час як SLS схільны выклікаць тэрмічнае напружанне і расколіны. Наадварот, BJ і SL прапануюць большыя перавагі ў вытворчасці высакаякаснай і высокадакладнай складанай керамікі.
- Струменевае нанясенне злучных рэчываў (BJ)
Тэхналогія BJ прадугледжвае папластовае нанясенне звязальнага рэчыва на звязальны парашок, а затым яго выдаленне і спяканне для атрымання канчатковага керамічнага прадукту. Спалучэнне BJ з хімічнай інфільтрацыяй з паравой фазы (CVI) дазволіла паспяхова атрымаць высакаякасную, цалкам крышталічную кераміку SiC. Працэс уключае ў сябе:
① Фарміраванне зялёных керамічных загатоўак з карбіду крэмнію з дапамогай біялагічнага ядзернага палажэння.
② Ушчыльненне з дапамогай CVI пры тэмпературы 1000°C і ціску 200 тор.
③ Канчатковая кераміка з карбіду крэмнію мела шчыльнасць 2,95 г/см³, цеплаправоднасць 37 Вт/м·К і трываласць на выгіб 297 МПа.
Схематычная дыяграма клеевага струменевага (BJ) друку. (A) Мадэль аўтаматызаванага праектавання (CAD), (B) схематычная дыяграма прынцыпу BJ, (C) друк SiC метадам BJ, (D) ушчыльненне SiC метадам хімічнай інфільтрацыі з паравой фазы (CVI)
- Стэрэалітаграфія (SL)
SL — гэта тэхналогія фарміравання керамікі з выкарыстаннем УФ-выпраменьвання, якая забяспечвае надзвычай высокую дакладнасць і магчымасці стварэння складаных структур. Гэты метад выкарыстоўвае фотаадчувальныя керамічныя суспензіі з высокім утрыманнем цвёрдых рэчываў і нізкай глейкасцю для фарміравання трохмерных керамічных зялёных цел шляхам фотапалімерызацыі, а затым выдаленне звязальных рэчываў і спяканне пры высокай тэмпературы для атрымання канчатковага прадукту.
Выкарыстоўваючы суспензію SiC з утрыманнем 35 аб.% аб., пад уздзеяннем УФ-выпраменьвання 405 нм былі падрыхтаваны высакаякасныя трохмерныя зялёныя целы, якія далей ушчыльняліся шляхам выпальвання палімера пры тэмпературы 800°C і апрацоўкі PIP. Вынікі паказалі, што ўзоры, падрыхтаваныя з суспензіяй з утрыманнем 35 аб.% аб., дасягнулі адноснай шчыльнасці 84,8%, што на 30% і 40% пераўзыходзіць кантрольныя групы.
Дзякуючы ўвядзенню ліпафільнага SiO₂ і фенольнай эпаксіднай смалы (PEA) для мадыфікацыі суспензіі, прадукцыйнасць фотапалімерызацыі была эфектыўна палепшана. Пасля спякання пры тэмпературы 1600°C на працягу 4 гадзін было дасягнута амаль поўнае пераўтварэнне ў SiC з канчатковым утрыманнем кіслароду ўсяго 0,12%, што дазволіла вырабляць аднаэтапную кераміку SiC высокай чысціні са складанай структурай без папярэдняга акіслення або папярэдняй інфільтрацыі.
Ілюстрацыя структуры друку і працэсу яе спякання. Знешні выгляд узору пасля сушкі пры (А) 25°C, піролізу пры (Б) 1000°C і спякання пры (В) 1600°C.
Дзякуючы распрацоўцы фотаадчувальных керамічных суспензій Si₃N₄ для стэрэалітаграфічнага 3D-друку з выкарыстаннем працэсаў папярэдняга спякання і старэння пры высокай тэмпературы, была падрыхтавана кераміка Si₃N₄ з тэарэтычнай шчыльнасцю 93,3%, трываласцю на расцяжэнне 279,8 МПа і трываласцю на выгіб 308,5–333,2 МПа. Даследаванні паказалі, што пры ўмовах утрымання цвёрдага рэчыва 45 аб.% і часу вытрымкі 10 секунд можна атрымаць аднаслаёвыя зялёныя вырабы з дакладнасцю зацвярдзення на ўзроўні IT77. Нізкатэмпературны працэс выдалення звязальнай рэчывы са хуткасцю нагрэву 0,1 °C/мін дапамог атрымаць зялёныя вырабы без расколін.
Спяканне — ключавы этап, які ўплывае на канчатковыя характарыстыкі стэрэалітаграфіі. Даследаванні паказваюць, што даданне спякальных дабавак можа эфектыўна палепшыць шчыльнасць керамікі і механічныя ўласцівасці. Пры выкарыстанні CeO₂ у якасці спякальнай дабаўкі і тэхналогіі спякання з дапамогай электрычнага поля для атрымання керамікі высокай шчыльнасці Si₃N₄ было выяўлена, што CeO₂ адпавядае межам зерняў, спрыяючы слізгаценню і ўшчыльненню па межах зерняў. Атрыманая кераміка прадэманстравала цвёрдасць па Вікерсу HV10/10 (1347,9 ± 2,4) і глейкасць разрушэння (6,57 ± 0,07) МПа·м¹/². З дапамогай MgO–Y₂O₃ у якасці дабавак аднастайнасць мікраструктуры керамікі палепшылася, што значна павысіла яе характарыстыкі. Пры агульным узроўні легіравання 8 мас.% трываласць на выгіб і цеплаправоднасць дасягнулі 915,54 МПа і 59,58 Вт·м⁻¹·K⁻¹ адпаведна.
VI. Заключэнне
Карацей кажучы, высакаякасная кераміка з карбіду крэмнію (SiC) як выдатны інжынерны керамічны матэрыял прадэманстравала шырокія перспектывы прымянення ў паўправадніках, аэракасмічнай прамысловасці і абсталяванні для экстрэмальных умоў. У гэтай працы сістэматычна прааналізаваны пяць тыповых шляхоў атрымання высакаякаснай керамікі з карбіду крэмнію — рэкрысталізацыйнае спяканне, спяканне без ціску, гарачае прэсаванне, іскравае плазменнае спяканне і адытыўная вытворчасць — з падрабязным абмеркаваннем іх механізмаў ушчыльнення, аптымізацыі ключавых параметраў, характарыстык матэрыялу, а таксама адпаведных пераваг і абмежаванняў.
Відавочна, што розныя працэсы маюць унікальныя характарыстыкі з пункту гледжання дасягнення высокай чысціні, высокай шчыльнасці, складаных структур і прамысловай прыдатнасці. Тэхналогія адытыўнага вытворчасці, у прыватнасці, прадэманстравала вялікі патэнцыял у вырабе кампанентаў складанай формы і на заказ, з прарывамі ў такіх падгалінах, як стэрэалітаграфія і струменевае нанясенне злучных рэчываў, што робіць яе важным напрамкам развіцця атрымання керамікі з высокачыстага SiC.
Будучыя даследаванні па падрыхтоўцы керамікі з высокачыстага карбіду крэмнію павінны быць больш глыбокімі, што спрыяе пераходу ад лабараторных да маштабных, высоканадзейных інжынерных прымяненняў, тым самым забяспечваючы важную матэрыяльную падтрымку для вытворчасці высокакласнага абсталявання і інфармацыйных тэхналогій наступнага пакалення.
XKH — гэта высокатэхналагічнае прадпрыемства, якое спецыялізуецца на даследаваннях і вытворчасці высокапрадукцыйных керамічных матэрыялаў. Яно імкнецца прапанаваць кліентам індывідуальныя рашэнні ў выглядзе керамікі з карбіду крэмнію (SiC) высокай чысціні. Кампанія валодае перадавымі тэхналогіямі падрыхтоўкі матэрыялаў і магчымасцямі дакладнай апрацоўкі. Яе бізнес ахоплівае даследаванне, вытворчасць, дакладную апрацоўку і апрацоўку паверхні высокачыстай керамікі SiC, якая адпавядае строгім патрабаванням паўправадніковай прамысловасці, новай энергетыкі, аэракасмічнай прамысловасці і іншых галін да высокапрадукцыйных керамічных кампанентаў. Выкарыстоўваючы развітыя працэсы спякання і тэхналогіі адытыўнай вытворчасці, мы можам прапанаваць кліентам комплекснае абслугоўванне, ад аптымізацыі формулы матэрыялу і фарміравання складанай структуры да дакладнай апрацоўкі, гарантуючы, што прадукцыя валодае выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі, тэрмічнай стабільнасцю і каразійнай устойлівасцю.
Час публікацыі: 30 ліпеня 2025 г.