De la pulbere la ceramică solidă: metodele de modelare și sinterizare
Pulberea de SiC singură nu este o ceramică puternică și densă. Pentru a crea un obiect solid, pulberea trebuie modelată și apoi topită într-un proces numit sinterizare. Provocarea cheie este că SiC are legături covalente puternice, ceea ce face foarte dificilă sinterizarea. Prin urmare, sunt necesare tehnici speciale. Cele trei metode principale sunt:
1. Sinterizarea (Sinterizarea în stare solidă)
Aceasta este cea mai comună metodă de realizare a componentelor de formă complexă.
# Amestecare: pulberea de SiC este amestecată cu un ajutor de sinterizare, de obicei o cantitate mică de bor (B) și carbon (C). Carbonul ajută la îndepărtarea stratului de oxid de pe particulele de SiC, iar borul promovează difuzia atomică.
# Modelare: amestecul de pulbere este modelat într-un „corp verde” (o formă nesinterizată). Acest lucru se poate face prin:
* Presare uscată: Presare uniaxială sau izostatică pentru forme simple.
* Extrudare: Pentru forme lungi și continue, cum ar fi tuburi sau tije.
* Turnare prin injecție: pentru forme foarte complexe și complicate.
# Sinterizare: Corpul verde este încălzit într-o atmosferă inertă (cum ar fi argonul) la temperaturi în jur de 2000°C - 2100°C (3630°F - 3810°F). La această temperatură, particulele difuzează unele în altele în punctele de contact, lipindu-se împreună pentru a forma o ceramică densă, solidă, cu porozitate minimă.
Rezultat: Carbură de siliciu sinterizată (SSiC). Are puritate ridicată, rezistență excelentă la uzură și rezistență mecanică bună.
2. Legătura de reacție (sau siliconizare)
Această metodă creează o piesă de formă aproape de rețea, cu o contracție minimă.
# Modelare: Un amestec de pulbere de SiC și carbon (de exemplu, grafit) este format într-un corp verde poros.
# Infiltrare: Corpul verde este apoi pus în contact cu metalul de siliciu topit (Si) într-un cuptor sub vid.
# Reacție: Siliciul topit este atras în corpul poros prin acțiune capilară. Apoi reacționează cu carbonul din corp pentru a forma o nouă carbură de siliciu (Si + C → SiC), care leagă particulele originale de SiC.
# Siliciu în exces: Orice spații care nu sunt umplute de reacție sunt umplute cu siliciu metalic rezidual.
Rezultat: carbură de siliciu legată de reacție (RBSC) sau carbură de siliciu siliconizată. Este mai dens decât SSiC, dar conține 5-15% siliciu liber, ceea ce îi scade rezistența la temperatură ridicată și rezistența chimică în comparație cu SSiC.
3. Presare la cald
Această metodă produce cea mai mare densitate și rezistență, dar este mai costisitoare și limitată la forme simple.
# Proces: pulberea de SiC (cu ajutoare de sinterizare) este plasată într-o matriță, de obicei făcută din grafit.
# Căldură și presiune simultană: matrița este încălzită la temperaturi de sinterizare (~1900°C - 2000°C) în timp ce se aplică simultan o presiune uniaxială foarte mare (zeci de MPa).
# Beneficiu: Combinația de căldură și presiune conduce la densificare mai eficient și la o temperatură mai scăzută decât sinterizarea fără presiune.
Rezultat: Carbură de siliciu presată la cald (HPSiC). Are proprietăți mecanice superioare, dar este produs de obicei ca forme simple, cum ar fi plăci sau blocuri, care necesită prelucrare ulterioară cu unelte diamantate.
Pasul final: prelucrare
După sinterizare, componenta este aproape de forma sa finală, dar necesită adesea prelucrare de precizie. Deoarece SiC este extrem de dur (9,5 pe scara Mohs, aproape de diamant), acest lucru se poate face numai folosind roți de șlefuit impregnate cu diamant sau unelte.
În rezumat, fabricarea ceramicii cu carbură de siliciu este un proces în mai multe etape care implică mai întâi sintetizarea pulberii ultra-dure și apoi utilizarea tehnicilor specializate, la temperatură înaltă, pentru a o densifica într-un material de inginerie puternic și durabil.
S-ar putea să vă placă: Ceramica cu zirconiu, Componentă ceramică
