Criadóireacht Carbide Sileacain agus a bPróisis Éagsúla Déantúsaíochta

Criadóireacht chomhdhúile sileacain (SiC).fostaithe go forleathan in iarratais éilitheacha mar imthacaí beachtas, rónta, rotors tuirbín gáis, comhpháirteanna optúla, soic ardteochta, comhpháirteanna malartóra teasa, agus ábhair imoibreora núicléacha. Eascraíonn an úsáid fhorleathan seo as a n-airíonna eisceachtúla, lena n-áirítear friotaíocht ardchaitheamh, seoltacht theirmeach den scoth, friotaíocht ocsaídiúcháin níos fearr, agus airíonna meicniúla ardteochta den scoth. Mar sin féin, is dúshlán suntasach é an nascáil chomhfhiúsach láidir agus an chomhéifeacht idirleata íseal atá ina cuid dhílis de SIC maidir le hard-dlúis a bhaint amach le linn an phróisis shintéirithe. Dá bhrí sin, is céim ríthábhachtach é an próiseas shintéirithe chun ardfheidhmíocht a bhaint amachCriadóireacht SiC.

Tugann an páipéar seo forbhreathnú cuimsitheach ar na teicnící déantúsaíochta éagsúla a úsáidtear chun dlúth a tháirgeadhRBSIC/PSSiC/RSiC criadóireacht, ag cur béime ar a saintréithe agus a bhfeidhmchláir uathúla:

1. Carbíd Sileacain atá nasctha le himoibriú (RBSiC)

RBSiCIs éard atá i gceist le púdar chomhdhúile sileacain (de ghnáth 1-10 μm) a mheascadh le carbón, an meascán a mhúnlú i gcorp glas, agus é a chur faoi réir teocht ard le haghaidh insíothlú sileacain. Le linn an phróisis seo, imoibríonn sileacain le carbón chun SiC a fhoirmiú, a nascann leis na cáithníní SiC atá ann cheana féin, ag baint amach dlúthú ar deireadh thiar. Úsáidtear dhá phríomh-mhodh insíothlaithe sileacain:

Insileadh Sileacain Leachtach: Déantar sileacain a théamh os cionn a leáphointe (1450-1470 ° C), rud a ligeann don sileacain leáite an corp glas póiriúil a insreabhadh trí ghníomh ribeach. Imoibríonn an sileacain leáite ansin le carbón, ag cruthú SiC.

Insileadh Gal Sileacan: Déantar sileacain a théamh thar a leáphointe chun gal sileacain a ghiniúint. Téann an gal seo tríd an gcorp glas agus imoibríonn sé ina dhiaidh sin le carbón, ag cruthú SiC.

Sreabhadh Próisis: Púdar SiC + Púdar C + Ceanglóir → Múnlú → Triomú → Ceanglóir sruthán amach in atmaisféar rialaithe → Ard-teocht Si insíothlú → Iar-phróiseáil

(1) Príomhghnéithe:

An teocht oibriúcháin deRBSiCteoranta ag an ábhar sileacain saor iarmharach san ábhar. Go hiondúil, is í an uasteocht oibriúcháin ná 1400°C. Os cionn an teocht seo, tagann meath ar neart an ábhair go tapa mar gheall ar leá an tsileacain saor in aisce.

Is gnách go bhfágann insíothlú sileacain leachtach ábhar sileacain iarmharach níos airde (de ghnáth 10-15%, uaireanta níos mó ná 15%), rud a d’fhéadfadh tionchar diúltach a bheith aige ar airíonna an táirge deiridh. I gcodarsnacht leis sin, ceadaíonn insíothlú gal sileacain rialú níos fearr ar an ábhar sileacain iarmharach. Trí an porosity sa chorp glas a íoslaghdú, is féidir an t-ábhar sileacain iarmharach tar éis shintéiriú a laghdú go dtí faoi bhun 10%, agus le rialú próiseas cúramach, fiú faoi bhun 8%. Cuireann an laghdú seo feabhas suntasach ar fheidhmíocht iomlán an táirge deiridh.

Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara goRBSiC, beag beann ar an modh insíothlaithe, dosheachanta go mbeidh roinnt sileacain iarmharach (idir 8% go dtí os cionn 15%). Dá bhrí sin,RBSiCní ceirmeach chomhdhúile sileacain aon phas é ach is ilchodach “sileacain + cairbíd sileacain é”. Dá bharr sin,RBSiCdá dtagraítear freisin marSiSiC (ilchodach chomhdhúile sileacain sileacain).

(2) Buntáistí agus Iarratais:

RBSiCcuireann sé roinnt buntáistí, lena n-áirítear:

Teocht Sintering Íseal: Laghdaíonn sé seo tomhaltas fuinnimh agus costais táirgthe.

Cost-Éifeachtúlacht: Tá an próiseas sách simplí agus úsáideann sé amhábhair atá ar fáil go héasca, ag cur lena inacmhainneacht.

Ard-dlúis:RBSiCbaintear amach leibhéil ard-dlúis, rud a fhágann go bhfuil airíonna meicniúla feabhsaithe.

Múnlú Neas-Líon: Is féidir an preform cairbíde carbóin agus sileacain a réamh-mheabhrú chun cruthanna casta a dhéanamh, agus cinntíonn an crapadh íosta le linn shintéirithe (go hiondúil níos lú ná 3%) cruinneas tríthoiseach den scoth. Laghdaíonn sé seo an gá atá le meaisínithe iar-sintéiriú costasach, ag déanamhRBSiCoiriúnach go háirithe do chomhpháirteanna móra casta-chruthach.

Mar gheall ar na buntáistí seo,RBSiCbaintear úsáid fhorleathan as in feidhmeanna tionsclaíochta éagsúla, go príomha le haghaidh déantúsaíochta:

Comhpháirteanna foirnéise: Linings, breogáin, agus saggars.

Scátháin spáis:RBSiCMar gheall ar chomhéifeacht leathnaithe teirmeach íseal agus modulus ard-leaisteach is ábhar iontach é do scátháin spásbhunaithe.

Malartóirí teasa ardteochta: Tá cuideachtaí cosúil le Refel (RA) i gceannas ar úsáid na n-earraíRBSiCi malartóirí teasa ardteochta, le feidhmchláir ó phróiseáil cheimiceach go giniúint cumhachta. Ghlac Asahi Glass (tSeapáin) an teicneolaíocht seo freisin, ag táirgeadh feadáin malartaithe teasa idir 0.5 agus 1 méadar ar fad.

Ina theannta sin, tá an t-éileamh méadaitheach ar sliseoga níos mó agus teochtaí próiseála níos airde sa tionscal leathsheoltóra tar éis forbairt ard-íonachta a spreagadh.RBSiCcomhpháirteanna. Tá na comhpháirteanna seo, a mhonaraítear ag baint úsáide as púdar SiC ard-íonachta agus sileacain, ag athsholáthar páirteanna gloine Grianchloch de réir a chéile i bpuirt tacaíochta le haghaidh feadáin leictreon agus trealamh próiseála wafer leathsheoltóra.

Bád Wafer Semicorex RBSiC le haghaidh Foirnéise Idirleata

(3) Teorainneacha:

In ainneoin a buntáistí,RBSiCtá teorainneacha áirithe aige:

Sileacan Iarmharach: Mar a luadh cheana, tá anRBSiCgo bunúsach bíonn sileacain saor iarmharach laistigh den táirge deiridh mar thoradh ar an bpróiseas. Bíonn tionchar diúltach ag an sileacain iarmharach seo ar airíonna an ábhair, lena n-áirítear:

Neart laghdaithe agus friotaíocht caitheamh i gcomparáid le cinn eileCriadóireacht SiC.

Friotaíocht creimeadh teoranta: Tá sileacain saor in aisce so-ghabhálach d'ionsaí ag tuaslagáin alcaileach agus aigéid láidre cosúil le haigéad hidreafluarach, ag srianadhRBSiCúsáid i dtimpeallachtaí den sórt sin.

Neart ardteochta níos ísle: Cuireann láithreacht sileacain in aisce teorainn leis an uasteocht oibriúcháin go dtí thart ar 1350-1400 ° C.

2. Sintéiriú gan Bhrú - PSSiC

shintéiriú gan bhrú ar chomhdhúile sileacain1083/2006 ón gComhairle go ndéantar samplaí de chruthanna agus de mhéideanna éagsúla a dhlúsú ag teochtaí idir 2000-2150°C faoi atmaisféar támh agus gan brú seachtrach a chur i bhfeidhm, trí áiseanna oiriúnacha shintéirithe a chur leis. Tá teicneolaíocht shintéirithe gan bhrú SiC tar éis aibithe, agus tá na buntáistí a bhaineann leis ná a gcostas táirgthe íseal agus níl aon srianta ar chruth agus ar mhéid na dtáirgí. Go háirithe, tá ard-dlús, microstructure aonfhoirmeach, agus airíonna ábhar cuimsitheach den scoth ag criadóireacht sintéaraithe soladach-chéim, rud a fhágann go n-úsáidtear iad go forleathan i fáinní séalaithe caitheamh-resistant agus creimeadh-resistant, imthacaí sleamhnáin, agus iarratais eile.

Is féidir an próiseas shintéirithe brú de chomhdhúile sileacain a roinnt ina soladach-chéimchomhdhúile sileacain sintéaraithe (SSiC)agus cairbíd sileacain sintéaraithe leachtach-chéim (LSiC).

Micreastruchtúr agus teorainn gráin de chomhdhúile sileacain sintéaraithe soladach-chéim gan bhrú

Rinne an t-eolaí Meiriceánach Prochazka shintéiriú soladach-chéim a cheapadh den chéad uair i 1974. Chuir sé méid beag bórón agus carbóin le submicron β-SiC, ag baint amach shintéiriú gan bhrú de chomhdhúile sileacain agus ag fáil comhlacht dlúth sintéaraithe le dlús gar do 95% den. luach teoiriciúil. Ina dhiaidh sin, d'úsáid W. Btcker agus H. Hansner α-SiC mar amhábhar agus chuir siad bórón agus carbóin leo chun dlúthú chomhdhúile sileacain a bhaint amach. Léirigh go leor staidéir níos déanaí gur féidir le comhdhúile bórón agus bórón agus comhdhúile Al agus Al réitigh soladacha a dhéanamh le carbíd sileacain chun shintéiriú a chur chun cinn. Tá an Chomh maith le carbóin tairbheach do shintéiriú trí imoibriú le dé-ocsaíd sileacain ar dhromchla chomhdhúile sileacain chun fuinneamh dromchla a mhéadú. Tá teorainneacha gráin sách “glan” ag cairbíd sileacain sintéaraithe soladach-chéim agus níl aon chéim leachtach i láthair go bunúsach, agus fásann na gránaigh go héasca ag teochtaí arda. Dá bhrí sin, tá an briste trasgranular, agus go ginearálta níl an neart agus an toughness briste ard. Mar gheall ar a theorainneacha gráin “glan”, áfach, ní athraíonn an neart ardteochta le méadú ar theocht agus go ginearálta fanann sé cobhsaí suas le 1600 ° C.

Cheap an t-eolaí Meiriceánach M.A. Mulla shintéiriú leachtach-chéim de chomhdhúile sileacain go luath sna 1990idí. Is é a phríomh-bhreiseán shintéirithe ná Y2O3-Al2O3. Tá buntáiste ag shintéiriú céim leachtach go bhfuil teocht shintéirithe níos ísle i gcomparáid le shintéiriú soladach-chéim, agus tá an méid gráin níos lú.

Is iad na príomh-mhíbhuntáistí a bhaineann le shintéiriú soladach-chéim ná an teocht shintéirithe ard atá ag teastáil (> 2000 ° C), na ceanglais ardíonachta le haghaidh amhábhar, cruas íseal briste an chomhlachta sintéaraithe, agus íogaireacht láidir neart briste go scoilteanna. Go struchtúrach, tá na gráinní garbh agus míchothrom, agus is gnách go mbíonn an modh briste trasghráinneach. Le blianta beaga anuas, tá taighde ar ábhair ceirmeacha chomhdhúile sileacain sa bhaile agus thar lear tar éis díriú ar shintéiriú leachtach-chéim. Baintear amach shintéiriú leachta-chéim trí úsáid a bhaint as méid áirithe ocsaídí íseal-eintéiseach il-chomhpháirteacha mar áiseanna shintéirithe. Mar shampla, is féidir le háiseanna dénártha agus trínártha de Y2O3 SiC agus a chomhchodanna a thaispeáint shintéiriú leacht-chéim, ag baint amach dlúthdhlúthú idéalach an ábhair ag teochtaí níos ísle. Ag an am céanna, mar gheall ar thabhairt isteach na céime leacht teorann gráin agus an lagú ar an neart nascáil comhéadan uathúil, athraíonn modh briste an ábhair ceirmeach go modh briste intergranular, agus tá feabhas suntasach ar an toughness briste ar an ábhar ceirmeach. .

3. Carbíd Sileacain athchriostalaithe - RSiC

Carbíd sileacain athchriostalaithe (RSiC)Is ábhar SiC ard-íonachta é déanta as púdar chomhdhúile sileacain ard-íonachta (SiC) le dhá mhéid cáithníní éagsúla, garbh agus mín. Déantar é a shintéiriú ag teochtaí arda (2200-2450 °C) trí mheicníocht galú-comhdhlúthúcháin gan áiseanna shintéirithe a chur leis.

Nóta: Gan áiseanna shintéirithe, baintear amach fás an mhuineál shintéirithe go ginearálta trí idirleathadh dromchla nó aistriú mais comhdhlúthaithe galú. De réir an teoiric shintéirithe chlasaicigh, ní féidir le ceachtar de na modhanna aistrithe mais seo an fad idir lárionaid mhais na gcáithníní teagmhála a laghdú, rud a fhágann nach n-eascraíonn aon chrapadh ar scála macrascópach, ar próiseas neamhdhlúsúcháin é. Chun an fhadhb seo a réiteach agus criadóireacht chomhdhúile sileacain ard-dlúis a fháil, tá go leor bearta glactha ag daoine, mar shampla teas a chur i bhfeidhm, áiseanna shintéirithe a chur leis, nó úsáid a bhaint as meascán de theas, brú, agus áiseanna shintéirithe.

Íomhá SEM den dromchla briste de chomhdhúile sileacain athchriostalaithe

Tréithe agus Feidhmchláir:

RSiCtá níos mó ná 99% SiC agus go bunúsach gan aon eisíontais teorann gráin, ag coinneáil go leor airíonna den scoth SiC, mar shampla neart ardteochta, friotaíocht creimeadh, agus friotaíocht turraing teirmeach. Dá bhrí sin, úsáidtear é go forleathan i dtroscán áith ardteochta, soic dócháin, tiontairí teirmeacha gréine, feistí íonú gáis sceite feithiclí díosail, bruithniú miotail, agus timpeallachtaí eile a bhfuil riachtanais feidhmíochta an-éilitheacha acu.

Mar gheall ar an meicníocht shintéirithe galú-comhdhlúthúcháin, níl aon chrapadh le linn an phróisis lámhaigh, agus ní ghintear aon strus iarmharach chun dífhoirmiú nó scoilteadh an táirge a chur faoi deara.

RSiCis féidir é a fhoirmiú trí mhodhanna éagsúla cosúil le réitigh duillín, réitigh glóthach, easbhrúite agus brú. Ós rud é nach bhfuil aon chrapadh le linn an phróisis lámhaigh, tá sé éasca táirgí a fháil le cruthanna agus méideanna cruinn chomh fada agus a bhíonn toisí an chomhlachta glas rialaithe go maith.

An firedtáirge SiC athchriostalaithetá thart ar 10% -20% pores iarmharach. Braitheann porosity an ábhair go mór ar porosity an chomhlachta glas féin agus ní athraíonn sé go mór leis an teocht shintéirithe, ag soláthar bunús le haghaidh rialú porosity.

Faoin meicníocht shintéirithe seo, tá go leor pores idirnasctha ag an ábhar, a bhfuil raon leathan iarratas aige i réimse na n-ábhar scagach. Mar shampla, is féidir é a chur in ionad táirgí scagach traidisiúnta i réimsí scagacháin gáis sceite agus scagachán aeir breosla iontaise.

RSiCtá teorainneacha gráin an-soiléir agus glan aige gan céimeanna gloineacha agus neamhíonachtaí toisc go bhfuil aon eisíontais ocsaíde nó miotail luaineach ag teochtaí arda 2150-2300 °C. Is féidir leis an meicníocht shintéirithe galú-comhdhlúthúcháin íonú freisin SiC (ábhar SiC iRSiCos cionn 99%), ag coinneáil go leor airíonna den scoth SiC, rud a fhágann go bhfuil sé oiriúnach d'iarratais a éilíonn neart ardteochta, friotaíocht creimeadh, agus friotaíocht turraing teirmeach, mar shampla troscán áith ardteochta, soic dócháin, tiontairí teirmeach gréine, agus bruithniú miotail .**