सिलिकॉन कार्बाइड सिरॅमिक्ससाठी विशेष तयारी तंत्र

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) सिरेमिकसामग्रीमध्ये उच्च-तापमान सामर्थ्य, मजबूत ऑक्सिडेशन प्रतिरोध, उत्कृष्ट पोशाख प्रतिरोध, थर्मल स्थिरता, कमी थर्मल विस्तार गुणांक, उच्च थर्मल चालकता, उच्च कडकपणा, थर्मल शॉक प्रतिरोध आणि रासायनिक गंज प्रतिकार यासह उत्कृष्ट गुणधर्मांची श्रेणी असते. ही वैशिष्ट्ये ऑटोमोटिव्ह, यांत्रिक आणि रासायनिक उद्योग, पर्यावरण संरक्षण, अंतराळ तंत्रज्ञान, माहिती इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऊर्जा यासारख्या विविध क्षेत्रांमध्ये SiC सिरॅमिक्स वाढत्या प्रमाणात लागू होतात.SiC सिरेमिकत्यांच्या उत्कृष्ट कार्यक्षमतेमुळे अनेक औद्योगिक क्षेत्रांमध्ये अपरिवर्तनीय स्ट्रक्चरल सिरेमिक साहित्य बनले आहे.

स्ट्रक्चरल वैशिष्ट्ये काय आहेत जी वाढवतातSiC सिरॅमिक्स?

च्या उत्कृष्ट गुणधर्मSiC सिरेमिकत्यांच्या अद्वितीय संरचनेशी जवळचा संबंध आहे. SiC हे अतिशय मजबूत सहसंयोजक बंध असलेले एक संयुग आहे, जेथे Si-C बाँडचे आयनिक वर्ण फक्त 12% आहे. यामुळे उच्च सामर्थ्य आणि मोठे लवचिक मॉड्यूलस तयार होतात, ज्यामुळे उत्कृष्ट पोशाख प्रतिरोधकता मिळते. शुद्ध SiC हे HCl, HNO3, H2SO4, किंवा HF सारख्या ऍसिड द्रावणाद्वारे किंवा NaOH सारख्या अल्कधर्मी द्रावणाद्वारे गंजलेले नाही. हवेत गरम केल्यावर ते ऑक्सिडायझेशनकडे झुकत असताना, पृष्ठभागावर SiO2 थर तयार केल्याने ऑक्सिजनचा पुढील प्रसार रोखला जातो, त्यामुळे ऑक्सिडेशन दर कमी राहतो. याव्यतिरिक्त, SiC अर्धसंवाहक गुणधर्म प्रदर्शित करते, जेव्हा कमी प्रमाणात अशुद्धता आणली जाते तेव्हा चांगली विद्युत चालकता आणि उत्कृष्ट थर्मल चालकता असते.

SiC चे वेगवेगळे क्रिस्टल फॉर्म त्याच्या गुणधर्मांवर कसे परिणाम करतात?

SiC दोन मुख्य क्रिस्टल स्वरूपात अस्तित्वात आहे: α आणि β. β-SiC मध्ये क्यूबिक क्रिस्टल स्ट्रक्चर आहे, ज्यामध्ये Si आणि C चेहऱ्यावर केंद्रित क्यूबिक जाळी तयार करतात. α-SiC 4H, 15R, आणि 6H सह 100 पेक्षा जास्त पॉलीटाइपमध्ये अस्तित्वात आहे, ज्यात 6H सर्वात जास्त वापरला जातो औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये. या पॉलीटाइपची स्थिरता तापमानानुसार बदलते. 1600°C च्या खाली, SiC β स्वरूपात अस्तित्वात आहे, तर 1600°C वर, β-SiC हळूहळू विविध α-SiC पॉलीटाइपमध्ये रूपांतरित होते. उदाहरणार्थ, 4H-SiC 2000°C च्या आसपास तयार होते, तर 15R आणि 6H पॉलीटाइपना सहज तयार होण्यासाठी 2100°C पेक्षा जास्त तापमान आवश्यक असते. 6H पॉलीटाइप 2200°C वरही स्थिर राहतो. या पॉलीटाइपमधील मुक्त ऊर्जेतील लहान फरकाचा अर्थ असा आहे की किरकोळ अशुद्धता देखील त्यांच्या थर्मल स्थिरता संबंधांमध्ये बदल करू शकतात.

SiC पावडर तयार करण्यासाठी कोणती तंत्रे आहेत?

कच्च्या मालाच्या सुरुवातीच्या अवस्थेवर आधारित SiC पावडरची तयारी सॉलिड-फेज सिंथेसिस आणि लिक्विड-फेज सिंथेसिसमध्ये वर्गीकृत केली जाऊ शकते.

सॉलिड-फेज सिंथेसिसमध्ये कोणत्या पद्धतींचा समावेश आहे? 

सॉलिड-फेज संश्लेषणामध्ये प्रामुख्याने कार्बोथर्मल घट आणि थेट सिलिकॉन-कार्बन प्रतिक्रियांचा समावेश होतो. कार्बोथर्मल रिडक्शन पद्धतीमध्ये अचेसन प्रक्रिया, उभ्या भट्टीची पद्धत आणि उच्च-तापमान रोटरी फर्नेस पद्धत समाविष्ट आहे. Acheson ने शोधलेल्या Acheson प्रक्रियेमध्ये Acheson इलेक्ट्रिक फर्नेसमध्ये कार्बनद्वारे क्वार्ट्ज वाळूमधील सिलिका कमी करणे समाविष्ट आहे, उच्च तापमान आणि मजबूत इलेक्ट्रिक फील्ड अंतर्गत इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे चालविले जाते. ही पद्धत, एका शतकाहून अधिक काळ व्यापलेल्या औद्योगिक उत्पादनाच्या इतिहासासह, तुलनेने खडबडीत SiC कण देते आणि उच्च उर्जा वापरते, ज्यापैकी बरेचसे उष्णता म्हणून नष्ट होते.

1970 च्या दशकात, अचेसन प्रक्रियेतील सुधारणांमुळे 1980 च्या दशकात β-SiC पावडरचे संश्लेषण करण्यासाठी उभ्या भट्टी आणि उच्च-तापमान रोटरी भट्टी सारख्या विकासास कारणीभूत ठरले, 1990 च्या दशकात पुढील प्रगतीसह. ओहसाकी वगैरे. असे आढळले की SiO2 आणि Si पावडरचे मिश्रण गरम केल्याने बाहेर पडणारा SiO वायू सक्रिय कार्बनवर प्रतिक्रिया देतो, वाढलेले तापमान आणि विस्तारित होल्डिंग वेळेसह पावडरचे विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी करते कारण अधिक SiO गॅस बाहेर पडतो. डायरेक्ट सिलिकॉन-कार्बन रिॲक्शन पद्धती, उच्च-तापमान संश्लेषणाचा स्वयं-प्रसाराचा वापर, बाह्य उष्णता स्त्रोतासह अभिक्रिया शरीराला प्रज्वलित करणे आणि प्रक्रिया टिकवून ठेवण्यासाठी संश्लेषणादरम्यान सोडलेली रासायनिक प्रतिक्रिया उष्णता वापरणे समाविष्ट आहे. या पद्धतीमध्ये कमी ऊर्जा वापर, साधी उपकरणे आणि प्रक्रिया आणि उच्च उत्पादकता आहे, तरीही प्रतिक्रिया नियंत्रित करणे कठीण आहे. सिलिकॉन आणि कार्बन यांच्यातील कमकुवत एक्झोथर्मिक प्रतिक्रिया खोलीच्या तपमानावर प्रज्वलित करणे आणि टिकून राहणे आव्हानात्मक बनवते, रासायनिक भट्टी, डायरेक्ट करंट, प्रीहीटिंग किंवा सहायक इलेक्ट्रिक फील्ड यासारख्या अतिरिक्त ऊर्जा स्रोतांची आवश्यकता असते.

लिक्विड-फेज पद्धतींचा वापर करून SiC पावडरचे संश्लेषण कसे केले जाते? 

लिक्विड-फेज संश्लेषण पद्धतींमध्ये सोल-जेल आणि पॉलिमर विघटन तंत्रांचा समावेश होतो. इवेल आणि इतर. प्रथम सोल-जेल पद्धत प्रस्तावित केली, जी नंतर 1952 च्या सुमारास सिरेमिक तयार करण्यासाठी लागू करण्यात आली. ही पद्धत अल्कोक्साईड पूर्ववर्ती तयार करण्यासाठी द्रव रासायनिक अभिकर्मक वापरते, जे कमी तापमानात विरघळवून एकसंध द्रावण तयार करतात. योग्य जेलिंग एजंट्स जोडून, ​​अल्कोक्साइड एक स्थिर सोल सिस्टम तयार करण्यासाठी हायड्रोलिसिस आणि पॉलिमरायझेशनमधून जातो. दीर्घकाळ उभे राहिल्यानंतर किंवा कोरडे केल्यावर, Si आणि C आण्विक स्तरावर एकसमान मिसळले जातात. हे मिश्रण 1460-1600°C वर गरम केल्याने बारीक SiC पावडर तयार होण्यासाठी कार्बोथर्मल रिडक्शन रिॲक्शन निर्माण होते. सोल-जेल प्रक्रियेदरम्यान नियंत्रित करण्यासाठी मुख्य पॅरामीटर्समध्ये सोल्यूशन pH, एकाग्रता, प्रतिक्रिया तापमान आणि वेळ यांचा समावेश होतो. ही पद्धत विविध ट्रेस घटकांची एकसंध जोडणी सुलभ करते परंतु अवशिष्ट हायड्रॉक्सिल आणि आरोग्यासाठी हानिकारक सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स, उच्च कच्च्या मालाचा खर्च आणि प्रक्रियेदरम्यान लक्षणीय संकोचन यासारखे दोष आहेत.

सेंद्रिय पॉलिमरचे उच्च-तापमानाचे विघटन ही SiC तयार करण्याची आणखी एक प्रभावी पद्धत आहे:

गरम जेल पॉलिसिलॉक्सनेस लहान मोनोमर्समध्ये विघटित करण्यासाठी, शेवटी SiO2 आणि C तयार करतात, जे नंतर SiC पावडर तयार करण्यासाठी कार्बोथर्मल कमी करतात.

पॉली कार्बोसिलेनचे विघटन करण्यासाठी त्यांना लहान मोनोमर्समध्ये गरम करणे, एक फ्रेमवर्क तयार करणे ज्याचा परिणाम शेवटी SiC पावडरमध्ये होतो. अलीकडील सोल-जेल तंत्रांनी SiO2-आधारित सोल/जेल सामग्रीचे उत्पादन सक्षम केले आहे, जे जेलमध्ये सिंटरिंग आणि कडक ऍडिटीव्हचे एकसंध वितरण सुनिश्चित करते, जे उच्च-कार्यक्षमता SiC सिरेमिक पावडर तयार करण्यास सुलभ करते.

प्रेशरलेस सिंटरिंग हे एक आश्वासक तंत्र का मानले जातेSiC सिरॅमिक्स?

प्रेशरलेस सिंटरिंग ही एक अत्यंत आशादायक पद्धत मानली जातेsintering SiC. सिंटरिंग यंत्रणेवर अवलंबून, ते सॉलिड-फेज सिंटरिंग आणि लिक्विड-फेज सिंटरिंगमध्ये विभागले जाऊ शकते. S. Proehazka ने अल्ट्रा-फाईन β-SiC पावडरमध्ये (2% पेक्षा कमी ऑक्सिजन सामग्रीसह) योग्य प्रमाणात B आणि C जोडून आणि सामान्य दाबाखाली 2020°C वर सिंटरिंग करून SiC सिंटर्ड बॉडीसाठी 98% पेक्षा जास्त सापेक्ष घनता प्राप्त केली. A. मुल्ला वगैरे. 1850-1950°C वर सिंटर 0.5μm β-SiC (कणाच्या पृष्ठभागावर थोड्या प्रमाणात SiO2 सह) ऍडिटीव्ह म्हणून Al2O3 आणि Y2O3 वापरले, सैद्धांतिक घनतेच्या 95% पेक्षा जास्त सापेक्ष घनता आणि सरासरीसह सूक्ष्म धान्य मिळवले. 1.5μm आकार.

हॉट प्रेस सिंटरिंग कसे वाढवतेSiC सिरॅमिक्स?

नाडेउ यांनी निदर्शनास आणून दिले की शुद्ध SiC केवळ अत्यंत उच्च तापमानात कोणत्याही सिंटरिंग एड्सशिवाय घनतेने सिंटर केले जाऊ शकते, ज्यामुळे अनेकांना हॉट प्रेस सिंटरिंगचा शोध घेण्यास प्रवृत्त केले जाते. असंख्य अभ्यासांनी SiC च्या घनतेवर B, Al, Ni, Fe, Cr आणि इतर धातू जोडण्याचे परिणाम तपासले आहेत, हॉट प्रेस सिंटरिंगला प्रोत्साहन देण्यासाठी Al आणि Fe सर्वात प्रभावी असल्याचे आढळले आहे. एफ.एफ. लॅन्गेने हॉट प्रेस-सिंटर्ड SiC च्या कार्यप्रदर्शनाची तपासणी केली ज्यात Al2O3 च्या वेगवेगळ्या प्रमाणात, विघटन-पुनरावृत्ती यंत्रणेला घनता दर्शविते. तथापि, हॉट प्रेस सिंटरिंग केवळ साध्या-आकाराचे SiC घटक तयार करू शकते आणि सिंगल सिंटरिंग प्रक्रियेत उत्पादनाचे प्रमाण मर्यादित आहे, ज्यामुळे ते औद्योगिक उत्पादनासाठी कमी योग्य बनते.

SiC साठी प्रतिक्रिया सिंटरिंगचे फायदे आणि मर्यादा काय आहेत?

प्रतिक्रिया-sintered SiC, ज्याला सेल्फ-बॉन्डेड SiC म्हणूनही ओळखले जाते, त्यात वस्तुमान वाढवण्यासाठी, सच्छिद्रता कमी करण्यासाठी आणि एका सशक्त, मितीयदृष्ट्या अचूक उत्पादनामध्ये सिंटर करण्यासाठी वायू किंवा द्रव टप्प्यासह छिद्रयुक्त हिरव्या शरीराची प्रतिक्रिया समाविष्ट असते. प्रक्रियेमध्ये α-SiC पावडर आणि ग्रेफाइट एका विशिष्ट प्रमाणात मिसळणे, सुमारे 1650°C पर्यंत गरम करणे, आणि वितळलेल्या Si किंवा वायूयुक्त Si सह हिरव्या शरीरात घुसखोरी करणे, जे ग्रेफाइटवर प्रतिक्रिया देऊन β-SiC बनवते, विद्यमान α-SiC बंधनकारक करते. कण पूर्ण Si घुसखोरीचा परिणाम पूर्णपणे दाट, आकारमानाने स्थिर प्रतिक्रिया-सिंटर्ड शरीरात होतो. इतर सिंटरिंग पद्धतींच्या तुलनेत, रिॲक्शन सिंटरिंगमध्ये घनता दरम्यान कमीत कमी आयामी बदलांचा समावेश होतो, ज्यामुळे अचूक घटक तयार करता येतात. तथापि, सिंटर्ड बॉडीमध्ये मोठ्या प्रमाणात SiC ची उपस्थिती खराब उच्च-तापमान कार्यक्षमतेस कारणीभूत ठरते.

सारांश,SiC सिरेमिकप्रेशरलेस सिंटरिंग, हॉट प्रेस सिंटरिंग, हॉट आयसोस्टॅटिक प्रेसिंग आणि रिॲक्शन सिंटरिंगद्वारे उत्पादित विविध कार्यप्रदर्शन वैशिष्ट्ये प्रदर्शित करतात.SiC सिरेमिकहॉट प्रेस आणि हॉट आयसोस्टॅटिक प्रेसिंगमध्ये सामान्यतः जास्त सिंटर्ड घनता आणि फ्लेक्सरल सामर्थ्य असते, तर प्रतिक्रिया-सिंटर्ड SiC ची मूल्ये तुलनेने कमी असतात. चे यांत्रिक गुणधर्मSiC सिरेमिकवेगवेगळ्या सिंटरिंग ॲडिटीव्हसह देखील बदलतात. प्रेशरलेस, हॉट प्रेस आणि रिॲक्शन-सिंटर्डSiC सिरेमिकसशक्त ऍसिडस् आणि तळांना चांगला प्रतिकार दर्शवितो, परंतु प्रतिक्रिया-सिंटर्ड SiC मध्ये HF सारख्या मजबूत ऍसिडला खराब गंज प्रतिकार असतो. उच्च-तापमान कामगिरीच्या बाबतीत, जवळजवळ सर्वSiC सिरेमिक900°C च्या खाली सामर्थ्य सुधारणा दाखवा, तर रिॲक्शन-सिंटर्ड SiC ची फ्लेक्सरल स्ट्रेंथ 1400°C च्या वर फ्री Si च्या उपस्थितीमुळे झपाट्याने कमी होते. प्रेशरलेस आणि हॉट आयसोस्टॅटिक दाबलेले उच्च-तापमान कार्यप्रदर्शनSiC सिरेमिकप्रामुख्याने वापरलेल्या ऍडिटीव्हच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

साठी प्रत्येक sintering पद्धत करतानाSiC सिरेमिकत्याचे गुण आहेत, तंत्रज्ञानाच्या जलद प्रगतीत सतत सुधारणा आवश्यक आहेतSiC सिरेमिककामगिरी, उत्पादन तंत्र आणि खर्च कपात. च्या कमी-तापमान sintering साध्यSiC सिरेमिकऊर्जा वापर आणि उत्पादन खर्च कमी करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे, ज्यामुळे औद्योगिकीकरणाला चालना मिळतेSiC सिरेमिकउत्पादने.**

आम्ही Semicorex मध्ये विशेष आहोतSiC सिरॅमिक्सआणि सेमीकंडक्टर मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये लागू केलेले इतर सिरॅमिक मटेरियल, तुमच्याकडे काही चौकशी असल्यास किंवा अतिरिक्त तपशीलांची आवश्यकता असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधण्यास अजिबात संकोच करू नका.

संपर्क फोन: +86-13567891907

ईमेल: sales@semicorex.com