Come risolvere il problema delle crepe da sinterizzazione nella ceramica al carburo di silicio? - Semiconduttore VeTek

Nel campo della moderna produzione industriale, i materiali ceramici ad alte prestazioni sono gradualmente diventati i materiali preferiti per le principali applicazioni industriali grazie alla loro eccellente resistenza all'usura, alle alte temperature e alla stabilità chimica. Le ceramiche di carburo di silicio (SiC) di elevata purezza sono diventate la scelta ideale per molti settori industriali grazie alle loro proprietà fisiche e chimiche uniche, come elevata resistenza, elevata durezza e buona conduttività termica. Tuttavia, nel processo di preparazione delle ceramiche al carburo di silicio, il problema delle cricche da sinterizzazione ha sempre rappresentato un collo di bottiglia che ne limita il miglioramento delle prestazioni. Questo articolo esplorerà in modo approfondito i problemi prestazionali delle crepe da sinterizzazione nelle ceramiche in carburo di silicio ad alte prestazioni ed elevata purezza e proporrà soluzioni.

Ⅰ. Contesto applicativo della ceramica al carburo di silicio ad alte prestazioni

Le ceramiche in carburo di silicio hanno ampie prospettive di applicazione in aerospaziale, industria automobilistica, attrezzature energetiche e altri campi. Nel campo aerospaziale, la ceramica in carburo di silicio viene utilizzata per produrre pale di turbine e camere di combustione per resistere a temperature estreme alte e ambienti ossidanti. Nell'industria automobilistica, la ceramica in carburo di silicio può essere utilizzata per produrre rotori di turbocompressori per ottenere velocità e durata più elevate. Nell'attrezzatura energetica, la ceramica in carburo di silicio è ampiamente utilizzata nei componenti chiave dei reattori nucleari e delle centrali a combustibile fossile per migliorare l'efficienza operativa e la sicurezza delle attrezzature.

Ⅱ. Cause delle cricche da sinterizzazione nelle ceramiche in carburo di silicio

Le ceramiche in carburo di silicio sono soggette a crepe durante il processo di sinterizzazione. Le ragioni principali includono i seguenti aspetti:

Proprietà in polvere: La dimensione delle particelle, la superficie specifica e la purezza della polvere di carburo di silicio influenzano direttamente il processo di sinterizzazione. La polvere di carburo di silicio ad alta purezza e a particelle fine ha maggiori probabilità di produrre una microstruttura uniforme durante il processo di sinterizzazione, riducendo il verificarsi di fessure.

Pressione di stampaggio: La pressione di stampaggio ha un effetto significativo sulla densità e sull'uniformità del pezzo grezzo di carburo di silicio. Una pressione di stampaggio troppo alta o troppo bassa può causare una concentrazione di stress all'interno del pezzo grezzo, aumentando il rischio di crepe.

Temperatura e tempo di sinterizzazione: La temperatura di sinterizzazione della ceramica in carburo di silicio è generalmente tra 2000 ° C e 2400 ° C e anche il tempo di isolamento è lungo. La temperatura di sinterizzazione irragionevole e il controllo del tempo porteranno a una crescita anormale del grano e a stress irregolari, causando così fessure.

Velocità di riscaldamento e velocità di raffreddamento: Il riscaldamento e il raffreddamento rapidi produrranno stress termico all'interno del pezzo grezzo, portando alla formazione di crepe. Un controllo ragionevole delle velocità di riscaldamento e raffreddamento è la chiave per prevenire le crepe.

Ⅲ. Metodi per migliorare le prestazioni di rottura della sinterizzazione delle ceramiche al carburo di silicio

Al fine di risolvere il problema delle crepe di sinterizzazione nella ceramica in carburo di silicio, è possibile adottare i seguenti metodi:

Pretrattamento in polvere: Ottimizzare la distribuzione granulometrica e l'area superficiale specifica della polvere di carburo di silicio attraverso processi quali l'essiccazione a spruzzo e la macinazione a sfere per migliorare l'attività di sinterizzazione della polvere.

Ottimizzazione del processo di formatura: Utilizzare tecnologie di formatura avanzate come la pressatura isostatica e la formatura con scorrimento per migliorare l'uniformità e la densità del pezzo grezzo e ridurre la concentrazione dello stress interno.

Controllo del processo di sinterizzazione: Ottimizzare la curva di sinterizzazione, selezionare la temperatura di sinterizzazione e il tempo di mantenimento appropriati e controllare la crescita dei grani e la distribuzione dello stress. Allo stesso tempo, adottare processi come la sinterizzazione segmentata e la pressatura isostatica a caldo (HIP) per ridurre ulteriormente il verificarsi di crepe.

Aggiunta di additivi: L'aggiunta di quantità adeguate di elementi di terre rare o additivi di ossido, come ossido di ittrio, ossido di alluminio, ecc., può favorire la densificazione della sinterizzazione e migliorare la resistenza alle crepe del materiale.

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