เซรามิกซิลิคคาร์ไบด (SiC) ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางสําหรับความแข็งแรงที่พิเศษ, ความมั่นคงในอุณหภูมิสูง, และความทนทานต่อการสวมใส่ที่โดดเด่นเครื่องยนต์ยนต์ยนต์ยนต์เป็นหนึ่งในเซรามิคโครงสร้างที่พัฒนามากที่สุดที่ใช้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง
อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงสุดท้ายของ SSiC ไม่ได้เป็นคุณสมบัติคงที่ มันได้รับอิทธิพลจากวิธีการสร้าง, สภาพการซินเตอร์, คุณสมบัติของวัสดุแพร่ และวิวัฒนาการโครงสร้างเล็ก.
บทความนี้วิเคราะห์เป็นระบบปัจจัยสําคัญที่ส่งผลต่อความแข็ง SSiC และอธิบายกลไกเบื้องหลังจากมุมมองของวิทยาศาสตร์วัสดุ
ในการซินเตอร์แบบไม่มีแรงกด ความหนาแน่นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของการบรรจุรถสีเขียวก่อนการซินเตอร์ การบรรจุที่สูงและเรียบร้อยมากขึ้น นําไปสู่ porosity ที่ต่ํากว่าและความแข็งแรงที่สูงขึ้นหลังจากการซินเตอร์
การจัดลําดับความแข็งตามวิธีการปั้น
การกด Isostatic ≥ การกดแห้ง > การดึงออก > การโยกสลิป
CIP ให้ความดันเท่ากันในทุกทิศทาง ส่งผลให้:
- ความหนาแน่นสีเขียวสูงสุดและเท่าเทียมที่สุด
- ความเครียดภายในขั้นต่ําระหว่างการซินเตอร์
- คลังความบกพร่องต่ําสุด
- ความมั่นคงความแข็งสุดสูงสุด
การกดแห้งใช้กันมากในอุตสาหกรรม แต่แสดงให้เห็นว่า:
- การลดความหนาแน่นเนื่องจากการขัดและการสูญเสียความดัน
- อานิสอโทรปี้เล็ก ๆ ในโครงสร้างเล็ก ๆ
- ความแข็งปานกลางเมื่อเทียบกับ CIP
การผลักดันเหมาะสําหรับแท่งและท่อ แต่นํา:
- เนื้อหาสารผูกสูงกว่า (5~15%)
- ช่องทางที่เหลือหลังการถอน
- การตั้งทิศทางของอนุภาคที่เกิดจากการไหล
- ความแข็งรวมต่ํากว่า
การโยนแบบสลิปขึ้นอยู่กับการกําจัดน้ําในหลอดเลือดดํา:
- ความหนาแน่นของบรรจุขนของที่ต่ําที่สุด
- ความขัดขวางสูงขึ้นหลังจากซินเตอร์
- ความแข็งแรงทางกลที่ค่อนข้างต่ํา
ความแข็งแรงของ SSiC เป็นหลักโดยสามปริมาตรขนาดเล็ก:
- ความหนาแน่น (ระดับของ porosity)
- ขนาดเมล็ด
- ความสมบูรณ์ของเมล็ด
ความเปลือกเป็นศูนย์รวมความเครียด ลดความแข็ง ความหนาแน่นสูงหมายถึง:
- พื้นที่บรรทุกภาระที่มีประสิทธิภาพใหญ่กว่า
- ลดการเริ่มต้นการแตก
- ความแข็ง Vickers ที่วัดสูงกว่า
เมล็ดเล็ก ๆ เพิ่มความแข็ง เพราะ:
- ขอบเขตของเมล็ดบล็อกการเคลื่อนไหว dislocation
- ขอบเขตมากกว่าต่อหน่วยปริมาณเพิ่มความทนทานต่อการบิด
- การแพร่กระจายของครั๊กถูกยับยั้งอย่างมีประสิทธิภาพ
การซินเตอร์อุณหภูมิสูง ช่วยให้กระจกเต็มรูปได้ดีขึ้น
- กําจัดขอบเขตของเมล็ด
- ลดความบกพร่องภายใน
- สร้างเส้นทางการแพร่กระจายของรอยแตกที่มั่นคง
- ปรับปรุงความแข็งแรง
SSiC ไม่มีแรงกดโดยทั่วไปต้องการ> 2000°Cสําหรับการบดหนาเต็ม
2150~2200°C
ในระยะนี้:
- ความหนาแน่น > 96%
- ความแข็ง ≥ 23 GPa
- ต่ําเกินไปความหนาแน่นไม่สมบูรณ์ ความแข็งแรงต่ํา
- ระยะทางที่ดีที่สุด:เมล็ดละเอียด + ความหนาแน่นสูง
- สูงเกินไป:การปรับความหยาบของเมล็ดพันธุ์ การย่อยสลาย SiC การลดความแข็ง
โบรออนช่วยให้กระจายและหนาขึ้น
- ชอบ: B หรือ B4C
- หลีกเลี่ยง: BN (สร้างระยะขอบแก่นอ่อน)
คาร์บอนมีหลายหน้าที่
- กําจัดสารสกัด SiO2 บนผิว
- ควบคุมการเติบโตของเมล็ด
- ปรับปรุงความเรียบร้อยของความหนาแน่น
แหล่งคาร์บอนออร์แกนิค (ตัวอย่างเช่น ธ อร์ฟีนอลิค) ให้การกระจายที่ดีกว่าคาร์บอนดํา ส่งผลให้ความแข็งแรงสุดท้ายสูงขึ้น
- ขยะละเอียดกว่า (< 0.6 μm) → พลังงานผิวสูงกว่า → ซินเทอร์ที่ดีกว่า
- ส่งผลให้มีความหนาแน่นและความแข็งแรงสูงขึ้น
ด้านผิว SiO2 ต้องถอนออกระหว่างการซินเตอร์:
- อากาศออกซิเจนที่เกินจะเพิ่มการบริโภคคาร์บอน
- ผลต่อความหนาแน่นสุดท้ายและความมั่นคงของโครงสร้างเล็ก
วิธีการปั้นกําหนด:
- ความหนาแน่นของร่างกายสีเขียว
- ความเหมือนกัน
- พฤติกรรมการหดตัวในการซินเตอร์
ซึ่งในที่สุดจะกําหนดการกระจายความแข็งในผลิตภัณฑ์สุดท้าย
ความแข็งแรงของซิลิคอนคาร์ไบด์ซินเตอร์โดยไม่มีความดันเป็นผลจากการปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างการแปรรูปและโครงสร้างเล็กน้อย
- อุณหภูมิการซินเตอร์ (2150 ∼ 2200 °C)เป็นสิ่งสําคัญในการบรรลุความแข็งที่ดีที่สุด
- การคัดเลือกสารเสริม (B + แหล่งคาร์บอนที่เหมาะสม)กําหนดคุณภาพการหนาแน่นโดยตรง
- วิธีการปั้นควบคุมการจัดลําดับความแข็งสุดท้าย (CIP สูงที่สุด, การโยนลื่นต่ําที่สุด)
- สับละเอียดและความหนาแน่นสีเขียวที่เท่าเทียมกันเป็นสิ่งจําเป็นสําหรับ SSiC ที่มีประสิทธิภาพสูง
โดยการปรับปรุงปริมาตรเหล่านี้ เซรามิก SSiC อุตสาหกรรมสามารถบรรลุความแข็งแรงสูง, ความทนทานต่อการสวมใส่, และความน่าเชื่อถือระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
