재결정 막

고성능 세라믹 재료를 대표하는 소결 실리콘 카바이드 및 재결정 실리콘 카바이드는 많은 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 두 사람은 준비 프로세스, 미세 구조 및 성능 특성에서 고유 한 장점을 가지고 있습니다. 소결 실리콘 탄화물은 고온 및 고압 하에서 소결 분말에 의해 만들어집니다. 밀도가 높고 단단한 질감을 가지며 -위상 결정의 형태로 존재합니다. 경도가 매우 높으며 자동차 및 항공 우주 분야의 브레이크, 베어링 및 기타 구성 요소에 이상적인 선택입니다. 반면에 재결정 실리콘 탄화물은 종자 성장 기술을 사용합니다. 처음에는 단계적이며 치료 후 고성능 단계로 전환 될 수 있습니다. 고온 강도, 경도 및 내마모성이 우수합니다. 석유 화학 물질, 기계 제조 등의 분야에서 씰, 가이드 레일 등에 널리 사용됩니다. 요약하면, 소결 실리콘 카바이드와 재결정 화 된 실리콘 카바이드의 차이는 주로 제조 방법 및 결과 미세 구조 및 성능 특성에 반영됩니다. 선택할 때 특정 응용 프로그램 시나리오의 요구에 따라 무게를 측정해야합니다.

 

 

 

중요한 구조적 세라믹 재료로서, 실리콘 카바이드는 고온 가공 도구, 연소 노즐, 밀봉 고리 및 슬라이딩 베어링과 같은 전통적인 산업 분야에서만 사용될뿐만 아니라 방탄 방어체 재료, 우주 반사계, 반도체 웨이퍼 제제의 고정 자료, 고정식 클래딩 재료로서 고정 된 고급 클래딩 재료로서 고정 된 고급 클래딩 재료로서 고정 된 기계적 강도로 인한 고정식 재료로도 사용됩니다. 모듈러스, 높은 내마모성, 높은 열전도율 및 부식 저항.

 

실리콘 카바이드 세라믹의 소결 과정은 매우 중요합니다. 많은 연구자들의 연구와 탐사 후, 반응 소결, 대기압 소결, 재결정 소결, 뜨거운 압박 소결, 뜨거운 등방성 압박 소결 및 지난 20 년 동안 스파크 플라즈마 소결, 플래시 발사, 진동 압력 기술과 같은 새로운 소결 기술을 포함한 다양한 소결 기술이 개발되었습니다.

 

뜨거운 압박 소결

Alliegro와 미국의 Norton Company의 다른 사람들은 실리콘 탄화물 세라믹을 준비하기위한 뜨거운 압박 소결 방법을 발명했습니다. 실리콘 카바이드 분말은 곰팡이로 채워지고 가열 공정 동안 특정 압력이 유지되며, 성형 및 소결이 동시에 완료되는 소결 방법이 달성됩니다. 뜨거운 프레스 소결의 특성은 가열 및 가압이 동시에 수행되고, 실리콘 카바이드의 소결 성형은 적절한 압력-온도 시간 공정 조건의 제어하에 달성된다는 것이다. 뜨거운 프레스 소결의 단점은 기계와 장비가 복잡하고, 곰팡이 재료 요구 사항이 높고, 생산 공정 요구 사항이 엄격하며, 단순한 모양의 부품을 준비하는 데 적합하며 에너지 소비가 크고 생산 효율이 낮고 생산 비용이 높다는 것입니다.

 

 

반응 소결

실리콘 카바이드의 반응 소결은 1950 년대 P. 포퍼에 의해 처음 제안되었다. 이 과정은 탄소 공급원과 실리콘 카바이드 분말을 혼합하고 슬립 주입 성형, 건식 프레스 또는 냉기 등방성 프레스 성형 성형을 통해 블랭크를 준비한 다음 실리콘 화 반응을 수행하는 것입니다. 즉, 진공 청소기 또는 비활성 대기 하에서 블랭크를 1500도 이상으로 가열하고, 이는 액체 실리콘으로 녹아서 캡 실리 작용에 의해 공극에 의해 침투합니다. 액체 실리콘 또는 실리콘 증기는 녹색 바디에서 C와 화학적으로 반응하며, 현장 생성 -Sic은 녹색 바디의 원래 SIC 입자와 결합하여 반응-싱글 실리콘 카바이드 세라믹 물질을 형성합니다. 프로세스 흐름도는 다음과 같습니다.

반응-개린 실리콘 탄화물의 장점은 소결 온도가 낮고 생산 비용이 낮고 재료 밀도가 높습니다. 특히, 반응 소결 공정 동안 부피 수축이 거의 없으며, 이는 대형 크기 및 복잡한 형태의 구조적 부분의 제조에 특히 적합하다. 고온 가공 재료, 방사선 튜브, 열교환 기, 탈황 노즐 등은 모두 반응-싱글 실리콘 카바이드 세라믹의 전형적인 응용 프로그램입니다.

 

대기 압력 소결

1974 년에 S. Prochazka와 GE의 다른 GE에 의해 발명된다. 실리콘 카바이드의 대기 압력 소결은 외부 압력을 적용하지 않고 2000-2150 정도의 다양한 모양과 크기의 샘플을 밀도하는 것이다. 실리콘 카바이드의 가압 소결은 고체 소결과 액체 소결의 두 가지 과정으로 나눌 수 있습니다.

 

실리콘 카바이드의 고형 상압 소결은 3의 고밀도를 달성 할 수 있으며, 10-3. 15g/cm3이며 결정 사이에 유리 위상이 없습니다. 고온 기계적 특성이 뛰어나고 사용 온도는 1600도에 도달 할 수 있습니다. 그러나, 고체상 소결 실리콘 탄화물의 소결 온도가 너무 높을 때, 그 곡물이 너무 커서 재료의 굽힘 강도를 감소시킬 수 있음을 주목해야한다.

실리콘 카바이드의 액체 상압이없는 소결의 출현은 실리콘 카바이드 세라믹 재료의 적용 범위를 더욱 확장시켰다. 액체 상 소결에서 액체상의 출현은 일반적으로 단일 성분의 용융 및 둘 이상의 성분의 공융에 의해 형성된다. 액체상의 생성은 소결 속도를 증가시키기위한 높은 확산 속도 경로를 제공하므로 액체 상 소결은 고형 상태 소결보다 낮은 온도의 이점을 가지며 입자 크기는 작습니다. 결정 사이에 남아있는 액체상은 실리콘 카바이드 세라믹의 골절 모드를 과수성 골절에서 구별 골절로 변화시켜 물질의 굽힘 강도 및 골절 강인성을 향상시킵니다. SIC의 압력이없는 소결 기술이 성숙해졌습니다. 그것의 장점은 생산 비용이 낮으며 제품의 모양과 크기에 대한 제한이 없습니다. 특히, 고형상 소결 SIC 세라믹은 밀도, 균일 한 미세 구조 및 우수한 포괄적 인 재료 성능을 갖는다. 내마모 및 부식 방지 밀봉 링 및 산업에서 널리 사용되는 슬라이딩 베어링은 주로 압력 싱글 실리콘 카바이드입니다.

 

재결정 소결

1980 년대에 Kriegesmann은 슬립 주입 성형에 의해 녹색 바디를 준비하고 2450도에서 우수한 성능을 갖춘 재결정 화 된 실리콘 카바이드 세라믹 재료를 준비했으며, 이는 곧 독일의 FCT와 미국의 Norton이 대량 생산했습니다. 재결정 화 된 SIC 세라믹 물질은 특정 비율로 등급이 매겨지고 블랭크로 형성되는 상이한 입자 크기의 SIC 입자이다. 블랭크의 미세 입자는 거친 입자 사이의 기공에 고르게 분포 될 수 있습니다. 그런 다음, 2100도 이상의 고온과 보호 대기의 특정 흐름에서, SIC 미세 입자는 미세 입자가 완전히 사라질 때까지 거친 입자의 접촉점에서 점차적으로 증발하고 응축하고 침전한다. 이 증발-응집 메커니즘의 결과로, 입자의 목에 새로운 입자 경계가 형성되어 미세 입자가 이동하여 큰 입자와 특정 다공성을 갖는 소결 된 몸체 사이의 교량 구조를 형성한다.

 

고유 한 소결 메커니즘과 재결정 화 된 SIC 과정으로 인해 다음과 같은 특성이 있습니다.

1) 소결 공정 동안 입자 경계 또는 부피 확산이 없기 때문에 증발 축합 및 표면 확산은 SIC 입자 사이의 거리를 감소시키지 않기 때문에 소결 과정 동안 부피 수축은 거의 없다.

2) 재결정 화 된 SIC 블랭크의 밀도는 소결 후 거의 증가하지 않습니다.

3) 재결정 화 된 SIC는 유리 단계와 불순물없이 매우 명확하고 깨끗한 입자 경계를 갖는다.

4) 소결 후 재결정 화 된 SIC 생성물은 10% 내지 20% 잔류 다공성을 함유한다.

 

뜨거운 등방성 프레스 소결

뜨거운 등방성 프레스는 비활성 고압 가스 (예 : 아르곤)를 사용하여 재료 밀도 소결을 촉진하는 과정입니다. 실리콘 탄화물 분말 블랭크는 진공 상태에서 유리 또는 금속 용기에 밀봉된다. 뜨거운 등방성 프레스 공정 동안, 샘플이 소결 온도로 가열 될 때, 압축기는 여러 MPA의 초기 가스 압력을 유지한다. 가열 공정 동안, 가스 압력은 200 MPa만큼 높게 증가하며, 이방성 가스 압력은 밀도를 달성하기 위해 재료의 내부 기공을 제거하는데 사용된다.

 

스파크 플라즈마 소결

Spark Plasma Sintering Technology는 벌크 재료를 준비하기위한 새로운 분말 야금 기술입니다. 고 에너지 전기 스파크를 사용하여 더 낮은 온도와 짧은 시간에 샘플의 소결 공정을 완료합니다. 금속 재료, 세라믹 재료 및 복합 재료를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 소결 공정 동안, 입자와 고온 혈장 사이의 순간 방전은 불순물 (예 : 산화물 필름 등)과 분말 입자의 표면의 흡착 된 가스를 파괴하거나 제거 할 수 있으며 분말 입자의 표면을 활성화하며 소결 품질 및 효율을 향상시킬 수 있습니다. Spark Plasma Sintering Technology를 사용하여 Al2O3 및 Y2O3 소결 보조제를 사용한 SIC 마이크로 파이더는 신속하게 소결되어 밀도가 높은 실리콘 카바이드 세라믹을 얻습니다.

 

전자 레인지 소결

전통적인 소결 공정과 비교하여, 마이크로파 소결은 전자 레인지 전자기장에서 재료의 유전체 손실을 사용하여 소결 온도로 재료를 가열하여 소결 및 밀도를 달성합니다. 기존의 소결 방법과 비교할 때, 마이크로파 소결은 소결 온도, 빠른 가열 속도, 양질의 재료 밀도 등과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다. 동시에 마이크로파 소결은 물질의 질량 전달 공정을 가속화하므로 미세한 재료를 얻을 수 있습니다.

 

플래시 소결

Flash Sintering (FS)은 에너지 소비가 낮고 초고속 소결 속도의 장점이 있습니다. 최근에는 실리콘 카바이드의 소결 연구에도 적용되었습니다. 플래시 소결은 가열 용광로에서 가열 할 때 샘플에 전압을 직접 적용하는 것을 말합니다. 특정 임계 값 온도에 도달하면 전류의 갑작스런 비선형 증가는 신속하게 Joule 열을 발생시키고 샘플은 몇 초 안에 빠르게 밀도 될 수 있습니다.

 

진동 압력 소결

소결 과정에서 동적 압력의 도입은 입자에서 자체 잠금 및 응집 현상을 파괴하고, 기공 및 응집과 같은 결함의 수와 크기를 줄이고, 따라서 고밀도 및 미세한 곡물 크기를 갖는 균일 한 미세 구조를 얻고, 고강도 및 고통성 구조적 재료를 준비한다. Tsinghua University의 Xie Zhipeng의 연구팀은이 새로운 소결 개념을 바탕으로 세라믹 파우더의 소결 과정에서 기존의 일정한 정적 압력을 대체 할 동적 진동 압력을 도입한다는 아이디어를 제안했으며,이 새로운 소결 기술 진동 압력 소결을 지명했습니다.

 

이 소결 기술의 장점은 다음과 같습니다.

1) 소결 전 분말의 포장 밀도는 연속 진동 압력에 의해 생성 된 입자 재 배열에 의해 상당히 개선 될 수있다.

 

2) 더 큰 소결 구동력을 제공하는데, 이는 소결 몸체의 회전 및 슬립 및 소화구의 회전 및 슬립을 촉진하기 위해, 특히 소결의 후반 단계에서 녹색 몸체의 밀도를 높이기 위해 더 도움이된다. 진동 압력의 주파수와 크기를 조정함으로써, 그레인 경계의 잔류 기공이 제거되고, 물질 내부의 잔류 구멍이 완전히 제거된다.

산업 생산에보다 일반적으로 사용되는 실리콘 카바이드 세라믹 재료, 반응 소결, 대기 압력 소결 및 재결정 소결을 준비하는 세 가지 방법은 모두 고유 한 장점이 있으며, 준비된 실리콘 카바이드의 미세 구조, 성능 및 응용 분야도 다릅니다.

 

반응 소결은 소결 온도가 낮고 생산 비용이 낮습니다. 준비된 제품의 수축률은 매우 작고 밀도 정도는 높습니다. 대형 크기 및 복잡한 모양의 구조 부품의 준비에 적합합니다. 반응 소결 실리콘 카바이드는 주로 고온 가마 도구, 플라 메스 로저, 열교환 기, 광학 반사기 등에 주로 사용됩니다.

 

대기압 소결의 장점은 생산 비용이 낮으며, 제품의 모양과 크기에 대한 제한이없고, 준비된 제품의 고밀도, 균일 한 미세 구조 및 우수한 포괄적 인 재료 성능입니다. 따라서 다양한 기계 펌프, 광학 반사기, 반도체 웨이퍼 비품 등의 씰, 슬라이딩 베어링 및 방탄 갑옷과 같은 정밀 구조 부품의 제조에 더 적합합니다.

 

재결정형 실리콘 카바이드는 순수한 결정 상을 가지며, 불순물을 함유하지 않으며, 높은 다공성, 우수한 열전도율 및 열 충격 저항을 가지며, 고온 가마 도구, 열 교환기 또는 연소 노즐에 이상적인 후보 재료입니다.

 

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