Введение

Карбид кремния — один из наиболее используемых современных керамических материалов на сегодняшний день. Впечатляющая твёрдость и высокая теплопроводность — вот лишь некоторые из выдающихся свойств, которые привели к росту спроса и производства этих материалов на основе карбида кремния. Благодаря современным технологиям карбид кремния можно производить в промышленных масштабах методом бездавленного спекания порошка карбида кремния или методом реакционной связки. В сегодняшней статье представлен обзор материалов на основе карбида кремния, полученных бездавленным спеканием, их свойств, областей применения и сравнения с карбидом кремния и другими материалами. Вы также узнаете, чем реакционное спекание отличается от методов бездавленного спекания при производстве карбида кремния. Наконец, вы ознакомитесь с текущими тенденциями рынка карбида кремния, полученного бездавленным спеканием.

Спеченный карбид кремния

Спеченный карбид кремния (SSIC) — это тип карбидкремниевого материала, получаемый путем спекания высокоочищенного мелкодисперсного порошка карбида кремния в твердый керамический материал. Это возможно в промышленных условиях при высоких температурах и давлении. Материалы SSIC обладают высокой прочностью на сжатие и твердостью, высокой теплопроводностью и высокой стойкостью к воздействию химических веществ и коррозии. Применение этих материалов SSIC выгодно в областях, где требуется высокая точность размеров, высокие температуры и термическая стабильность. Основными разновидностями материалов SSIC являются карбидкремний, спеченный без давления и реакционно-спеченный.

Что такое спеченный без давления карбид кремния?

Спеченный без давления карбид кремния — это сорт спечённого материала на основе карбида кремния (SiC), получаемый путём спекания ультратонкого порошка карбида кремния высокой чистоты в вакууме при атмосферном давлении и высоких температурах от 1980°C до 2200°C. Как следует из названия, для производства этих материалов не требуется внешнего давления. Иногда при прессовании можно использовать спекающие добавки, такие как оксид алюминия (Al₂O₂) и карбид бора (B₂C), для сплавления порошка SiC в твёрдые керамические материалы с высокой термостойкостью. Спекание без давления позволяет получить керамические материалы с очень высокой плотностью, поскольку в процессе производства плотность увеличивается более чем на 951 трлн/3 т от теоретической.

Свойства спеченного без давления карбида кремния

Вот некоторые из уникальных свойств материалов SiC, полученных методом спекания без давления:

• Имеет высокую твердость.

• Высокая температура плавления 3103К

• Плотность 3,21 г/см³

• Высокая устойчивость к коррозии и химическим веществам.

• Высокая теплопроводность более 200 Вт·м-1·к-1

• Большой модуль упругости, достигающий 410 ГПа

• Способность выдерживать высокие температуры, достигающие 1600°C

• Высокая прочность на сжатие около 3000 МПа

• Значение чистоты SiC 99%

• Пористость менее 0,2%

• Твердость по Виккерсу 2500HVO.5

• Коэффициент теплового расширения 4×10-6i°C

Сравнение реакционного спекания и спекания без давления карбида кремния

Существует два основных способа промышленного производства спечённых карбидкремниевых материалов: реакционное спекание и спекание карбидкремниевых материалов без давления.

Реакционное спекание карбида кремния

Этот тип материала SSIC можно получить, смешав графит и мелкие частицы альфа-SiC в заданном количестве. Затем смесь нагревают до 1650 °C. Высокая температура заставит альфа-SiC вступить в реакцию с углеродом в графитовом теле, образуя бета-SiC. Затем кремний полностью пропитывает материал, заполняя оставшиеся поры, и получается материал SSIC, полученный методом реакционного спекания. Этот процесс быстрее и дешевле по сравнению с материалами SSIC, полученными без давления. Низкая температуры спекания – это всё, что необходимо для производства этих реакционных SSIC-материалов. Хотя процесс реакционного спекания эффективен для производства крупногабаритных материалов, полученные материалы обычно не обладают равномерной плотностью. Некоторые из них даже растрескиваются после изготовления. Процесс реакционного спекания также не является экологически безопасным. Газ и жидкость проникают в него сильнее, чем в материалы, полученные методом бездавления, из-за большой пористости.

Спекание карбида кремния без давления

Материалы SSIC можно производить методом спекания без давления, который включает нагревание высокочистых, ультратонких порошков SiC до состояния твердого вещества. керамические материалы. Это можно сделать двумя способами: твердофазным спеканием и жидкофазным спеканием.

Твердофазное спекание

При этом типе спекания образуются два твёрдых раствора, которые можно назвать добавками, например, бор и углерод. Бор можно использовать для снижения энергии межфазной границы SiC, в то время как углерод удаляет диоксид кремния (карбид кремния) на границе с SiC, что увеличивает поверхностную энергию. При твёрдофазном спекании используются другие добавки, такие как оксид алюминия (Al₂O₂), нитрид бора (BN) или комбинация карбида бора и оксида алюминия.

Жидкофазное спекание

На этой стадии можно использовать различные эвтектические оксиды, такие как Y2O3-Al2O3, в качестве добавки или одного из компонентов. Эта стадия лучше работает при низких температурах. Уплотнение SiC достигается за счёт движения частиц SiC, диффузии и переноса массы, что обусловлено низкой температурой эвтектики.

Некоторый производители предпочитают метод жидкофазного спекания твердофазному, поскольку он обладает хорошей термостойкостью, требует меньше сырья и имеет более низкую стоимость производства.

В целом, спекание карбида кремния без давления позволяет получить высококачественные материалы SSIC с более высокой чистотой и плотностью. Это означает, что их можно использовать в отраслях, производящих высокотемпературные электронные устройства, а также в приложениях, требующих высокой точности и термостабильности. Однако, если вы хотите сэкономить время и снизить стоимость производства, вы можете выбрать метод реакционного спекания для получения спеченного SiC. Выбор между этими двумя методами зависит от ваших намерений и желаемого результата.

Сравнение спеченного карбида кремния и карбида кремния

Спеченный карбид кремния (СКК) — это тип керамического материала на основе карбида кремния (SiC), получаемый путем спекания ультратонких и высокочистых частиц карбида кремния (SiC) в твердые и сверхтвердые керамические материалы. Карбид кремния (SiC), в свою очередь, является усовершенствованный керамический материал Изготовлен из кремния и карбида. SiC существует в искусственной форме – карборунде, и в природной форме – муассаните. В настоящее время эти два элемента (кремний и углерод) химически соединяются в высокотехнологичных отраслях промышленности при высоких температурах для получения керамических материалов с высокой прочностью на сжатие, твёрдостью, термостойкостью, а также стойкостью к коррозии и химическим веществам. Материалы на основе SiC используются в основном для производства абразивов, прочных материалов с твёрдым покрытием, таких как керамические радиаторы, детали машин, детали двигателей для аэрокосмической и автомобильной промышленности и т. д.

Материалы SSIC, как правило, превосходят материалы на основе карбида кремния, поскольку эти материалы стали более прочными при интенсивном нагреве, их пористость уменьшилась, а их электро- и теплопроводность значительно улучшилась по сравнению с компонентами на основе карбида кремния.

Применение спеченного без давления карбида кремния

Спеченный без давления карбид кремния сегодня находит широкое применение в различных отраслях. Вот некоторые из них:

Обрабатывающая промышленность

Эти высокопроизводительные материалы SSIC, работающие без давления, можно использовать для изготовления уплотнительных колец, подшипников скольжения и прочных износостойких деталей в тяжелых промышленных машинах.

Электротехническая промышленность

В современной электротехнической промышленности керамические материалы SSIC можно использовать для изготовления полупроводников, оружия и артиллерии, высокотемпературной силовой электроники и оборудования благодаря их превосходной прочности на сжатие и способности выдерживать неблагоприятные условия.

Металлургическая промышленность

Карбид кремния, спечённый без давления, можно использовать для производства металлических инструментов и оборудования, требующих быстрой теплопередачи или электропроводности. Это такие материалы, как керамические радиаторы, сопла для сжигания, футеровка печей и т. д.

Стекольная промышленность

Материалы из стекла, такие как окна, лобовые стекла автомобилей, боковые зеркала и оптические приборы, могут быть изготовлены из спеченного без давления материала SiC.

Текущие тенденции рынка и рыночная стоимость спеченного без давления карбида кремния

Рынок спечённого без давления карбида кремния растёт поразительными темпами, если посмотреть на мировую экономику. Интересно, почему? Просто потому, что в настоящее время на рынке нет более подходящих заменителей керамики из карбида кремния и её различных марок, включая материалы SSIC, изготовленные без давления.

В 2023 году мировой рынок спечённого без давления SiC оценивался в $2,3 млрд, а объём рынка превысил $3 млрд. Поэтому, если вы хотите инвестировать, учтите, что среднегодовой темп роста (CAGR) составит 8,5% в течение заданного периода с 2024 по 2030 год, поэтому можно ожидать, что к 2030 году объём рынка достигнет $3,8 млрд.

Здесь в GGSКерамикаМы предлагаем лучшую смесь спеченных без давления керамических материалов на основе карбида кремния по доступным ценам, чтобы полностью удовлетворить ваши потребности в керамике.

Часто задаваемые вопросы

При какой температуре спекается карбид кремния?

Карбид кремния спекается при температурах от 1950°C до 2200°C.

Имеют ли материалы на основе карбида кремния какие-либо ограничения?

Да, из-за своей высокой прочности они, как правило, очень хрупкие и плохо реагируют на сильные удары или механическое воздействие.

Какова жесткость SiC?

Жёсткость материалов на основе карбида кремния составляет около 440–490 ГПа. Это говорит о том, что они способны сохранять свою первоначальную форму при любых механических нагрузках.

Заключение

Спеченный без давления карбид кремния — это недорогой, но эффективный материал на основе карбида кремния. Благодаря улучшенным механическим свойствам, сверхвысокой чистоте, высокой плотности и широкому спектру применения в различных отраслях, он, безусловно, достигнет новых высот благодаря инновациям в ближайшем будущем. Следите за этими материалами и изделиями из карбида кремния.