Các loại gốm Silicon Carbide (SiC) được công nhận rộng rãi về độ cứng đặc biệt, độ ổn định ở nhiệt độ cao và khả năng chống mòn xuất sắc.silicon carbide sintered không áp suất (SSiC)là một trong những loại gốm cấu trúc tiên tiến quan trọng nhất được sử dụng trong môi trường công nghiệp cực đoan.
Tuy nhiên, độ cứng cuối cùng của SSiC không phải là một tính chất cố định.Phương pháp hình thành, điều kiện ngâm, đặc tính nguyên liệu thô và sự tiến hóa vi cấu trúc.
Bài viết này phân tích một cách có hệ thống các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ cứng SSiC và giải thích các cơ chế cơ bản từ quan điểm khoa học vật liệu.
Trong sintering không áp lực, làm dày đặc hoàn toàn phụ thuộc vàomật độ đóng gói thân xe màu xanh lá câycao hơn và đồng đều hơn đóng gói dẫn đến độ xốp thấp hơn và độ cứng cao hơn sau khi sinter.
Xếp hạng độ cứng theo phương pháp hình thành
Nhấn bằng cách đồng vị ≥ Nhấn bằng khô > Xét ra ngoài > Dầu đúc trượt
CIP cung cấp áp suất đồng đều trong tất cả các hướng, kết quả là:
- Mật độ xanh cao nhất và đồng nhất nhất
- Căng thẳng nội bộ tối thiểu trong quá trình ngâm
- Nồng độ khiếm khuyết thấp nhất
- Độ cứng cuối cùng cao nhất
Sắt khô được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp nhưng cho thấy:
- Phân độ mật độ do ma sát và mất áp suất
- Sự biến dạng nhỏ trong cấu trúc vi mô
- Độ cứng trung bình so với CIP
Xét xát phù hợp cho các thanh và ống nhưng giới thiệu:
- Hàm lượng chất kết nối cao hơn (5 ∼15%)
- Độ xốp còn lại sau khi tháo lỏng
- Định hướng hạt do dòng chảy
- Độ cứng tổng thể thấp hơn
Dầu đúc trượt dựa trên khử nước bằng mao mạch:
- Mật độ đóng gói thấp nhất
- Độ xốp cao hơn sau khi ngâm
- Độ cứng cơ học tương đối thấp
Độ cứng của SSiC chủ yếu được xác định bởi ba thông số vi mô:
- Mật độ (mức độ xốp)
- Kích thước hạt
- Tính toàn vẹn của ngũ cốc
Độ xốp hoạt động như các trung tâm tập trung căng thẳng, làm giảm độ cứng.
- Khu vực chịu tải hiệu quả lớn hơn
- Giảm sự bắt đầu nứt
- Độ cứng Vickers được đo cao hơn
Các hạt nhỏ hơn làm tăng độ cứng bởi vì:
- ranh giới ngũ cốc chặn chuyển động trật tự
- Nhiều ranh giới cho mỗi đơn vị khối lượng tăng khả năng chống biến dạng
- Sự lây lan của crack được ức chế hiệu quả
Sintering nhiệt độ cao cải thiện độ hoàn chỉnh tinh thể:
- Loại bỏ các ranh giới dưới hạt
- Giảm các khiếm khuyết bên trong
- Tạo ra các đường truyền nứt ổn định
- Tăng độ cứng nhất quán
SSiC không áp suất thường đòi hỏi> 2000°Cđể làm dày đặc hoàn toàn.
2150~2200°C
Ở khoảng cách này:
- Mật độ > 96%
- Độ cứng ≥ 23 GPa
- Quá thấp:Mật độ không hoàn toàn, độ cứng thấp
- Phạm vi tối ưu:hạt mịn + mật độ cao
- Quá cao:Giảm độ thô của hạt, phân hủy SiC, giảm độ cứng
Boron cải thiện sự khuếch tán và làm dày đặc.
- Ưu tiên: B hoặc B4C
- Tránh: BN (hình thành giai đoạn ranh giới hạt yếu)
Carbon đóng nhiều vai trò:
- Loại bỏ các tạp chất SiO2 bề mặt
- Kiểm soát sự phát triển của ngũ cốc
- Tăng sự đồng nhất của mật độ
Nguồn carbon hữu cơ (ví dụ: nhựa phenol) cung cấp sự phân bố tốt hơn so với carbon đen, dẫn đến độ cứng cuối cùng cao hơn.
- Bột mịn hơn (< 0,6 μm) → năng lượng bề mặt cao hơn → ngâm tốt hơn
- Kết quả là mật độ và độ cứng cao hơn
SiO2 bề mặt phải được loại bỏ trong quá trình ngâm:
- Oxy dư thừa làm tăng lượng carbon tiêu thụ
- Ảnh hưởng đến mật độ cuối cùng và sự ổn định cấu trúc vi mô
Phương pháp hình thành xác định:
- Mật độ cơ thể màu xanh lá cây
- Sự đồng nhất
- Hành vi co lại ngưng tụ
Điều này cuối cùng xác định sự phân bố độ cứng trong sản phẩm cuối cùng.
Độ cứng của silicon carbide sintered không áp suất là kết quả của sự tương tác phức tạp giữa chế biến và cấu trúc vi mô.
- Nhiệt độ ngâm (2150~2200°C)là rất quan trọng để đạt được độ cứng tối ưu
- Lựa chọn phụ gia (B + nguồn carbon thích hợp)trực tiếp xác định chất lượng làm dày đặc
- Phương pháp hình thành kiểm soát xếp hạng độ cứng cuối cùng (CIP cao nhất, đúc trượt thấp nhất)
- Bột mịn và mật độ màu xanh lá cây đồng đều là điều cần thiết cho SSiC hiệu suất cao
Bằng cách tối ưu hóa các thông số này, gốm SSiC công nghiệp có thể đạt được độ cứng vượt trội, khả năng chống mòn và độ tin cậy lâu dài trong môi trường khắc nghiệt.
