Wstęp

Węglik krzemu jest jednym z najczęściej używanych zaawansowanych materiałów ceramicznych. Imponująca twardość i wysoka przewodność cieplna to niektóre z wyjątkowych właściwości, które doprowadziły do zwiększonego popytu i produkcji tych materiałów SiC. Dzięki najnowszej technologii możesz produkować węglik krzemu przemysłowo poprzez bezciśnieniowe spiekanie proszku SiC lub proces wiązania reakcyjnego. Dzisiejszy artykuł przedstawi Ci przegląd bezciśnieniowych materiałów z węglika krzemu, właściwości, zastosowania i porównanie ich z węglikiem krzemu i innymi materiałami. Dowiesz się również, w jaki sposób spiekanie reakcyjne różni się od metod spiekania bezciśnieniowego produkcji SiC. Na koniec zobaczysz obecne trendy rynkowe bezciśnieniowego spiekanego węglika krzemu.

Spiekany węglik krzemu

Spiekany węglik krzemu (SSIC) to rodzaj materiału z węglika krzemu, który można uzyskać poprzez spiekanie wysoce oczyszczonego proszku drobnego węglika krzemu w celu uzyskania stałego materiału ceramicznego. Można to zrobić przemysłowo w wysokiej temperaturze, ciśnieniu i na wysokim poziomie. Materiały SSIC charakteryzują się dużą wytrzymałością na ściskanie i twardością, wysoką przewodnością cieplną oraz silną odpornością na chemikalia i rdzę. Zastosowania wymagające wysokiej precyzji wymiarowej, wysokich temperatur i stabilności termicznej korzystają z zastosowania tych materiałów SSIC. Bezciśnieniowy spiekany węglik krzemu i reaktywny spiekany węglik krzemu to główne odmiany materiałów SSIC.

Czym jest węglik krzemu spiekany bezciśnieniowo?

Węglik krzemu spiekany bezciśnieniowo jest gatunkiem spiekanego materiału SiC produkowanego przez spiekanie ultradrobnego, wysokiej czystości proszku węglika krzemu w atmosferze próżni przy ciśnieniu atmosferycznym i wysokich temperaturach w zakresie od 1980°C do 2200°C. Jak sama nazwa wskazuje, do produkcji tych materiałów nie jest potrzebne żadne zewnętrzne ciśnienie. Czasami podczas prasowania można użyć dodatków spiekających, takich jak tlenek glinu (Al2O3) i węglik boru (B4C), aby stopić proszek SiC w stałe materiały ceramiczne o wysokiej stabilności termicznej. Spiekanie bezciśnieniowe sprawia, że materiały ceramiczne mają bardzo gęstą strukturę, ponieważ podczas produkcji gęstość wzrasta powyżej 95% gęstości teoretycznej.

Właściwości bezciśnieniowego spiekanego węglika krzemu

Oto niektóre z unikalnych właściwości materiałów SiC spiekanych bezciśnieniowo:

• Posiada wysoką twardość

• Wysoka temperatura topnienia 3103K

• Gęstość 3,21 g/cm³

• Wysoka odporność na korozję i substancje chemiczne.

• Wysoka przewodność cieplna powyżej 200 Wm-1k-1

• Duży moduł sprężystości sięgający 410 GPa

• Zdolność do wytrzymywania wysokich temperatur sięgających 1600°C

• Wysoka wytrzymałość na ściskanie ok. 3000 MPa

• Wartość czystości SiC 99%

• Porowatość mniejsza niż 0,2%

• Twardość Vickersa 2500HVO.5

• Współczynnik rozszerzalności cieplnej 4×10-6i°C

Porównanie spiekania reakcyjnego i spiekania bezciśnieniowego węglika krzemu

Istnieją dwa główne sposoby przemysłowej produkcji materiałów z węglika krzemu spiekanego. Są to: spiekanie reakcyjne i spiekanie bezciśnieniowe materiałów z węglika krzemu.

Reakcyjne spiekanie węglika krzemu

Możesz wyprodukować ten rodzaj materiału SSIC, mieszając grafit i drobne cząstki alfa-SiC w ustalonej ilości. Następnie podgrzej go do 1650°C, wysokie temperatury spowodują reakcję alfa-SiC z węglem w ciele grafitowym, tworząc beta SiC. Następnie krzem jest całkowicie infiltrowany, a pozostałe pory są wypełniane, aby uzyskać materiał SSIC spiekany reakcyjnie. Ten proces jest szybszy i obniża koszty w porównaniu z materiałami SSIC bezciśnieniowymi. Niskie temperatury spiekania to wszystko, co jest potrzebne do produkcji tych materiałów reakcyjnych SSIC. Chociaż proces spiekania reakcyjnego jest skuteczny w przypadku materiałów o dużych rozmiarach, produkowane materiały zazwyczaj nie mają równomiernej gęstości. Niektóre z nich nawet pękają po końcowej produkcji. Proces spiekania reakcyjnego nie jest również przyjazny dla środowiska. Gaz i ciecz przenikają go bardziej w porównaniu do bezciśnieniowego spiekanego SSIC ze względu na dużą porowatość tych materiałów reakcyjnych spiekanych SSIC.

Spiekanie bezciśnieniowe węglika krzemu

Materiały SSIC można wytwarzać metodą spiekania bezciśnieniowego, która polega na podgrzewaniu proszków SiC o wysokiej czystości i ultradrobnych proszków do postaci stałej. materiały ceramiczne. Można to zrobić na dwa sposoby: spiekanie w fazie stałej i spiekanie w fazie ciekłej:

Spiekanie w fazie stałej

W tym typie spiekania masz dwa stałe roztwory, które możemy nazwać dodatkami, na przykład bor i węgiel. Możesz użyć boru, aby zmniejszyć energię granicy mózgowej interfejsu SiC, podczas gdy węgiel usuwa dwutlenek krzemu (węglik krzemionki) na interfejsie, gdzie masz SiC, co zwiększa energię powierzchniową. Spiekanie w fazie stałej wykorzystuje inne dodatki, takie jak tlenek glinu (Al2O3), azotek boru (BN) lub kombinację węglika boru i tlenku glinu.

Spiekanie w fazie ciekłej

W tej fazie można używać różnych tlenków eutektycznych, takich jak Y2O3-Al2O3 jako dodatku lub jednego elementu. Ta faza działa lepiej w niskich temperaturach. Zagęszczanie SiC uzyskuje się poprzez ruch cząstek SiC, dyfuzję i transfer masy, które są generowane przez niski punkt eutektyczny.

Niektóre producenci wolą metodę spiekania w fazie ciekłej od spiekania w fazie stałej, ponieważ charakteryzuje się ona dobrą stabilnością termiczną, wymaga mniejszej ilości surowców i charakteryzuje się niższymi kosztami produkcji.

Ogólnie rzecz biorąc, spiekanie bezciśnieniowe węglika krzemu daje lepsze materiały SSIC o wyższej czystości i lepszej gęstości. Oznacza to, że może być wykorzystywane przez branże produkujące urządzenia elektroniczne o wysokiej temperaturze, a nawet w zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji i stabilności termicznej. Jednak jeśli chcesz zaoszczędzić czas i obniżyć koszty produkcji, możesz zdecydować się na proces spiekania reakcyjnego w celu produkcji spiekanego SiC. Tak więc wybór tych dwóch zależy od tego, co zamierzasz zrobić i jak chcesz, aby Twoja aplikacja była realizowana.

Porównanie węglika krzemu spiekanego i węglika krzemu

Spiekany węglik krzemu (SSIC) to rodzaj ceramicznego materiału SiC produkowanego przez spiekanie ultradrobnych i wysoce czystych cząstek SiC w twarde i super-stałe materiały ceramiczne. Z drugiej strony węglik krzemu (SiC) to zaawansowany materiał ceramiczny wykonane z krzemu i węglika. SiC występuje w sztucznej formie, karborund, lub naturalnej formie, moissanit. Te dwa pierwiastki (krzem i węgiel) są chemicznie łączone w przemyśle high-tech pod wpływem intensywnego ciepła, aby wytwarzać materiały ceramiczne o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, twardości, stabilności termicznej i odporności na korozję i chemikalia. Materiały SiC można stosować głównie do produkcji materiałów ściernych, wytrzymałych, twardych materiałów, takich jak ceramiczne radiatory, części zamienne do maszyn, części silników lotniczych i samochodowych itp.

Materiały SSIC są generalnie lepsze od materiałów z węglika krzemu, ponieważ materiały te są bardziej wzmocnione przez intensywne ciepło, ich porowatość ulega zmniejszeniu, a ich przewodność elektryczna i cieplna znacznie wzrasta w porównaniu do komponentów z węglika krzemu.

Zastosowania bezciśnieniowego spiekanego węglika krzemu

Bezciśnieniowy spiekany węglik krzemu ma dziś tak wiele zastosowań w różnych sektorach. Oto niektóre z nich:

Przemysł wytwórczy

Te wysokowydajne, bezciśnieniowe materiały SSIC można stosować do produkcji pierścieni uszczelniających, łożysk ślizgowych i wytrzymałych, odpornych na zużycie części w ciężkich maszynach przemysłowych.

Przemysł elektryczny

W dzisiejszym przemyśle elektrycznym materiały ceramiczne SSIC można wykorzystywać do produkcji półprzewodników, broni i artylerii, elektroniki wysokotemperaturowej oraz sprzętu ze względu na ich doskonałą wytrzymałość na ściskanie i zdolność do wytrzymywania niesprzyjających warunków.

Przemysł metalurgiczny

Można używać bezciśnieniowego spiekanego węglika krzemu w produkcji metalowych instrumentów i urządzeń wymagających szybkiego transferu ciepła lub przewodnictwa elektrycznego. Materiały takie jak ceramiczne radiatory, dysze spalania, elementy wyściółki pieca itp.

Przemysł szklarski

Materiały wykonane ze szkła, takie jak okna, przednie szyby samochodowe, lusterka boczne i przyrządy optyczne, można wykonać ze spiekanego bezciśnieniowo materiału SiC.

Aktualne trendy rynkowe i wartość rynkowa węglika krzemu spiekanego bezciśnieniowo

Rynek spiekanego węglika krzemu bezciśnieniowego rośnie w zadziwiającym tempie, jeśli sprawdzisz światową ekonomię. Zastanawiasz się dlaczego? Po prostu dlatego, że obecnie na rynku nie ma lepszych zamienników dla ceramiki z węglika krzemu i jej różnych typów, w tym materiałów SSIC bezciśnieniowych.

W 2023 r. globalny rynek spiekanego bezciśnieniowo SiC został wyceniony na $2,3 mld, przy czym duży rozmiar rynku wynosił ponad $3 mld. Tak więc jeśli chcesz zainwestować, wiedz, że skumulowana roczna stopa wzrostu (CAGR) wynosi 8,5% w ustalonym okresie 2024-2030, więc spodziewaj się, że wartość rynku osiągnie $3,8 mld do 2030 r.

Tutaj w Ceramika GGSoferujemy najlepszą mieszankę materiałów ceramicznych z węglika krzemu spiekanych bezciśnieniowo w przystępnych cenach, aby sprostać Twoim potrzebom w zakresie ceramiki.

Często zadawane pytania

W jakiej temperaturze następuje spiekanie węglika krzemu?

Węglik krzemu spieka się w temperaturach od 1950°C do 2200°C.

Czy materiały z węglika krzemu mają jakieś ograniczenia?

Tak, ze względu na ich wysoką wytrzymałość, są one zazwyczaj bardzo kruche i słabo reagują na silne uderzenia lub wstrząsy mechaniczne.

Jaka jest sztywność SiC?

Sztywność materiałów z węglika krzemu wynosi około 440 GPa - 490 GPa. Oznacza to, że może on zachować swój pierwotny kształt pod wpływem dowolnego rodzaju naprężenia mechanicznego.

Wniosek

Bezciśnieniowy spiekany węglik krzemu to niedrogi, ale skuteczny gatunek ceramicznego materiału węglika krzemu. Dzięki tym ulepszonym właściwościom mechanicznym, ultrawysokiej czystości, dużej gęstości i różnorodnym zastosowaniom w różnych sektorach, z pewnością osiągnie on większe wyżyny dzięki innowacjom w niedalekiej przyszłości. Uważaj na te materiały i produkty z węglika krzemu.