Dėl išskirtinio šilumos laidumo, cheminio stabilumo ir mechaninio stiprumo didelio grynumo silicio karbido (SiC) keramika tapo idealia medžiaga svarbiausiems puslaidininkių, aviacijos ir kosmoso bei chemijos pramonės komponentams. Didėjant didelio našumo, mažai taršos turinčių keraminių prietaisų poreikiui, efektyvių ir keičiamo mastelio didelio grynumo SiC keramikos paruošimo technologijų kūrimas tapo pasauliniu tyrimų objektu. Šiame straipsnyje sistemingai apžvelgiami dabartiniai pagrindiniai didelio grynumo SiC keramikos paruošimo metodai, įskaitant rekristalizacijos sukepinimą, beslėgį sukepinimą (PS), karštąjį presavimą (HP), kibirkštinio plazmos sukepinimą (SPS) ir adityvinę gamybą (AM), daugiausia dėmesio skiriant sukepinimo mechanizmams, pagrindiniams parametrams, medžiagų savybėms ir esamiems kiekvieno proceso iššūkiams aptarti.
SiC keramikos pritaikymas karinėje ir inžinerijos srityse
Šiuo metu didelio grynumo SiC keramikos komponentai plačiai naudojami silicio plokštelių gamybos įrangoje, dalyvaujant tokiuose pagrindiniuose procesuose kaip oksidacija, litografija, ėsdinimas ir jonų implantacija. Tobulėjant plokštelių technologijai, didėjantys plokštelių dydžiai tapo reikšminga tendencija. Dabartinis pagrindinis plokštelių dydis yra 300 mm, todėl pasiekiama gera pusiausvyra tarp sąnaudų ir gamybos pajėgumų. Tačiau, vadovaujantis Moore'o dėsniu, masinė 450 mm plokštelių gamyba jau yra darbotvarkėje. Didesnėms plokštelėms paprastai reikalingas didesnis konstrukcinis stiprumas, kad jos būtų atsparios deformacijai ir deformacijai, o tai dar labiau skatina augančią didelių, didelio stiprumo, didelio grynumo SiC keramikos komponentų paklausą. Pastaraisiais metais priedinė gamyba (3D spausdinimas), kaip greito prototipų kūrimo technologija, kuriai nereikia formų, parodė didžiulį potencialą gaminant sudėtingos struktūros SiC keramikos detales dėl savo sluoksnis po sluoksnio konstrukcijos ir lanksčių projektavimo galimybių, pritraukdama platų dėmesį.
Šiame straipsnyje bus sistemingai analizuojami penki tipiški didelio grynumo SiC keramikos paruošimo metodai – rekristalizacijos sukepinimas, beslėgis sukepinimas, karštasis presavimas, kibirkštinio plazminio sukepinimas ir adityvinė gamyba, daugiausia dėmesio skiriant jų sukepinimo mechanizmams, procesų optimizavimo strategijoms, medžiagų eksploatacinėms charakteristikoms ir pramoninio pritaikymo perspektyvoms.
Didelio grynumo silicio karbido žaliavos reikalavimai
I. Rekristalizacijos sukepinimas
Rekristalizuotas silicio karbidas (RSiC) yra labai gryna SiC medžiaga, paruošta be sukepinimo priemonių aukštoje 2100–2500 °C temperatūroje. Nuo tada, kai Fredrikssonas pirmą kartą atrado rekristalizacijos reiškinį XIX a. pabaigoje, RSiC sulaukė didelio dėmesio dėl švarių grūdelių ribų ir stiklo fazių bei priemaišų nebuvimo. Aukštoje temperatūroje SiC pasižymi santykinai aukštu garų slėgiu, o jo sukepinimo mechanizmas daugiausia apima garavimo-kondensacijos procesą: smulkūs grūdeliai išgaruoja ir vėl nusėda ant didesnių grūdelių paviršių, skatindami kaklelio augimą ir tiesioginį ryšį tarp grūdelių, taip padidindami medžiagos stiprumą.
1990 m. Kriegesmannas, naudodamas liejimo metodą 2200 °C temperatūroje, pagamino RSiC, kurio santykinis tankis siekė 79,1 %. Skerspjūvio mikrostruktūra buvo sudaryta iš stambių grūdelių ir porų. Vėliau Yi ir kt., naudodami gelio liejimo metodą, paruošė žalius kūnelius ir juos sukepino 2450 °C temperatūroje, gaudami RSiC keramiką, kurios tūrinis tankis buvo 2,53 g/cm³, o lenkimo stipris – 55,4 MPa.
RSiC lūžio paviršius, matuojamas SEM vaizduose
Palyginti su tankiu SiC, RSiC tankis yra mažesnis (maždaug 2,5 g/cm³) ir apie 20 % atviro poringumo, todėl jo savybės yra ribojamos didelio stiprumo srityse. Todėl RSiC tankio ir mechaninių savybių gerinimas tapo pagrindiniu tyrimų objektu. Sung ir kt. pasiūlė į anglies/β-SiC mišrius kompaktinius junginius įterpti išlydytą silicį ir perkristalizuoti 2200 °C temperatūroje, sėkmingai sukuriant tinklinę struktūrą, sudarytą iš α-SiC stambių grūdelių. Gautas RSiC tankis siekė 2,7 g/cm³, o lenkimo stipris – 134 MPa, išlaikant puikų mechaninį stabilumą aukštoje temperatūroje.
Siekdami dar labiau padidinti tankį, Guo ir kt. panaudojo polimerų infiltracijos ir pirolizės (PIP) technologiją daugkartiniam RSiC apdorojimui. Naudojant PCS/ksileno tirpalus ir SiC/PCS/ksileno suspensijas kaip infiltratorius, po 3–6 PIP ciklų RSiC tankis žymiai pagerėjo (iki 2,90 g/cm³), kartu su jo lenkimo stipriu. Be to, jie pasiūlė ciklinę strategiją, kurioje derinamas PIP ir rekristalinimas: pirolizė 1400 °C temperatūroje, po kurios seka rekristalinimas 2400 °C temperatūroje, efektyviai pašalinant dalelių užsikimšimus ir sumažinant poringumą. Galutinė RSiC medžiaga pasiekė 2,99 g/cm³ tankį ir 162,3 MPa lenkimo stiprumą, o tai rodo išskirtines visapusiškas eksploatacines savybes.
Poliruoto RSiC mikrostruktūros evoliucijos SEM vaizdai po polimero impregnavimo ir pirolizės (PIP) rekristalizacijos ciklų: pradinis RSiC (A), po pirmojo PIP rekristalizacijos ciklo (B) ir po trečiojo ciklo (C)
II. Beslėgis sukepinimas
Beslėgio sukepinimo būdu pagaminta silicio karbido (SiC) keramika paprastai gaminama naudojant labai grynus, itin smulkius SiC miltelius kaip žaliavą, pridedant nedidelį kiekį sukepinimo priemonių, ir sukepinant inertinėje atmosferoje arba vakuume 1800–2150 °C temperatūroje. Šis metodas tinka didelių matmenų ir sudėtingos struktūros keraminiams komponentams gaminti. Tačiau kadangi SiC daugiausia yra kovalentiškai sujungtas, jo savaiminės difuzijos koeficientas yra itin mažas, todėl tankinimas be sukepinimo priemonių yra sudėtingas.
Remiantis sukepinimo mechanizmu, beslėgis sukepinimas gali būti suskirstytas į dvi kategorijas: beslėgis skystosios fazės sukepinimas (PLS-SiC) ir beslėgis kietosios fazės sukepinimas (PSS-SiC).
1.1 PLS-SiC (skystosios fazės sukepinimas)
PLS-SiC paprastai sukepinamas žemesnėje nei 2000 °C temperatūroje, pridedant maždaug 10 % masės eutektinio sukepinimo pagalbinių medžiagų (pvz., Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ ir retųjų žemių oksidų RE₂O₃), kad susidarytų skystoji fazė, skatinanti dalelių pertvarkymą ir masės perdavimą, siekiant tankio. Šis procesas tinka pramoninės klasės SiC keramikai, tačiau nebuvo pranešimų apie didelio grynumo SiC, gautą skystosios fazės sukepinimo būdu.
1.2 PSS-SiC (kietojo kūno sukepinimas)
PSS-SiC gamybos procesas apima kietojo kūno tankinimą aukštesnėje nei 2000 °C temperatūroje, naudojant maždaug 1 % masės priedų. Šis procesas daugiausia pagrįstas atomų difuzija ir grūdelių pertvarkymu, kuriuos skatina aukšta temperatūra, siekiant sumažinti paviršiaus energiją ir pasiekti tankinimą. BC (boro-anglies) sistema yra įprastas priedų derinys, kuris gali sumažinti grūdelių ribos energiją ir pašalinti SiO₂ iš SiC paviršiaus. Tačiau tradiciniai BC priedai dažnai palieka likusių priemaišų, kurios sumažina SiC grynumą.
Kontroliuojant priedų kiekį (B 0,4 % masės, C 1,8 % masės) ir sukepinant 2150 °C temperatūroje 0,5 valandos, buvo gauta labai gryna SiC keramika, kurios grynumas siekė 99,6 % masės, o santykinis tankis – 98,4 %. Mikrostruktūroje matyti stulpeliniai grūdeliai (kai kurių ilgis viršija 450 µm), su nedidelėmis poromis grūdelių ribose ir grafito dalelėmis grūdelių viduje. Keramikos lenkimo stipris buvo 443 ± 27 MPa, tamprumo modulis – 420 ± 1 GPa, o šiluminio plėtimosi koeficientas – 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ kambario temperatūros iki 600 °C diapazone, o tai rodo puikias bendras eksploatacines savybes.
PSS-SiC mikrostruktūra: (A) SEM vaizdas po poliravimo ir NaOH ėsdinimo; (BD) BSD vaizdai po poliravimo ir ėsdinimo
III. Karštas presavimas ir sukepinimas
Karštojo presavimo (HP) sukepinimas yra tankinimo technika, kurios metu miltelių pavidalo medžiagoms aukštoje temperatūroje ir aukšto slėgio sąlygomis vienu metu taikoma šiluma ir vienaašis slėgis. Aukštas slėgis žymiai slopina porų susidarymą ir riboja grūdelių augimą, o aukšta temperatūra skatina grūdelių susiliejimą ir tankių struktūrų susidarymą, galiausiai gaunant didelio tankio, labai gryną SiC keramiką. Dėl kryptingo presavimo pobūdžio šis procesas linkęs sukelti grūdelių anizotropiją, kuri turi įtakos mechaninėms ir dilimo savybėms.
Gryną SiC keramiką sunku tankinti be priedų, todėl tam reikalingas itin aukšto slėgio sukepinimas. Nadeau ir kt. sėkmingai paruošė visiškai tankų SiC be priedų 2500 °C temperatūroje ir 5000 MPa temperatūroje; Sun ir kt. gavo β-SiC birių medžiagų, kurių Vickerso kietumas siekė iki 41,5 GPa esant 25 GPa ir 1400 °C temperatūrai. Naudojant 4 GPa slėgį, 1500 °C ir 1900 °C temperatūroje buvo paruošta SiC keramika, kurios santykinis tankis buvo maždaug 98 % ir 99 %, kietumas – 35 GPa, o tamprumo modulis – 450 GPa. Sukepinus mikrono dydžio SiC miltelius 5 GPa ir 1500 °C temperatūroje, gauta keramika, kurios kietumas buvo 31,3 GPa, o santykinis tankis – 98,4 %.
Nors šie rezultatai rodo, kad itin aukštu slėgiu galima pasiekti tankinimą be priedų, reikalingos įrangos sudėtingumas ir didelė kaina riboja pramoninį pritaikymą. Todėl praktiniame paruošime dažnai naudojami mikroelementai arba miltelių granuliavimas, siekiant sustiprinti sukepinimo varomąją jėgą.
Pridėjus 4 % masės fenolio dervos kaip priedo ir sukepinant 2350 °C temperatūroje ir 50 MPa slėgyje, gauta SiC keramika, kurios tankinimo greitis siekė 92 %, o grynumas – 99,998 %. Naudojant mažus priedų kiekius (boro rūgštį ir D-fruktozę) ir sukepinant 2050 °C temperatūroje ir 40 MPa slėgyje, gautas didelio grynumo SiC, kurio santykinis tankis >99,5 %, o likutinis B kiekis – tik 556 ppm. SEM vaizdai parodė, kad, palyginti su be slėgio sukepintų mėginių, karštai presuotų mėginių grūdeliai buvo mažesni, porų mažiau, o tankis didesnis. Lenkimo stipris buvo 453,7 ± 44,9 MPa, o tamprumo modulis siekė 444,3 ± 1,1 GPa.
Pailginus laikymo laiką 1900 °C temperatūroje, grūdelių dydis padidėjo nuo 1,5 μm iki 1,8 μm, o šilumos laidumas pagerėjo nuo 155 iki 167 W·m⁻¹·K⁻¹, kartu padidinant atsparumą plazminei korozijai.
1850 °C temperatūroje ir 30 MPa slėgyje karštojo ir greitojo karštojo presavimo būdu granuliuoti ir atkaitinti SiC milteliai davė visiškai tankią β-SiC keramiką be jokių priedų, kurios tankis buvo 3,2 g/cm³, o sukepinimo temperatūra buvo 150–200 °C žemesnė nei taikant tradicinius procesus. Keramikos kietumas buvo 2729 GPa, atsparumas lūžiams – 5,25–5,30 MPa·m^1/2, o atsparumas valkšnumui – puikus (valkšnumo greitis – 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ ir 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ esant 1400 °C/1450 °C temperatūrai ir 100 MPa slėgiui).
(A) Poliruoto paviršiaus SEM vaizdas; (B) Lūžio paviršiaus SEM vaizdas; (C, D) Poliruoto paviršiaus BSD vaizdas
Pjezoelektrinės keramikos 3D spausdinimo tyrimuose keraminė suspensija, kaip pagrindinis veiksnys, turintis įtakos formavimui ir eksploatacinėms savybėms, tapo pagrindiniu dėmesio objektu tiek šalies viduje, tiek tarptautiniu mastu. Dabartiniai tyrimai paprastai rodo, kad tokie parametrai kaip miltelių dalelių dydis, suspensijos klampumas ir kietųjų dalelių kiekis daro didelę įtaką galutinio produkto formavimo kokybei ir pjezoelektrinėms savybėms.
Tyrimai parodė, kad keraminės suspensijos, pagamintos naudojant mikronų, submikronų ir nanodalelių dydžio bario titanato miltelius, pasižymi reikšmingais skirtumais stereolitografijos (pvz., LCD-SLA) procesuose. Mažėjant dalelių dydžiui, suspensijos klampumas žymiai didėja, o nanodalelių dydžio milteliai sukuria suspensijas, kurių klampumas siekia milijardus mPa·s. Suspensijos su mikronų dydžio milteliais spausdinimo metu yra linkusios delaminuotis ir luptis, o submikronų ir nanodalelių dydžio milteliai pasižymi stabilesnėmis formavimo savybėmis. Po sukepinimo aukštoje temperatūroje gauti keraminiai mėginiai pasiekė 5,44 g/cm³ tankį, maždaug 200 pC/N pjezoelektrinį koeficientą (d₃₃) ir mažus nuostolių koeficientus, pasižymėdami puikiomis elektromechaninėmis savybėmis.
Be to, mikrostereolitografijos procesuose, pakoregavus PZT tipo suspensijų kietosios medžiagos kiekį (pvz., 75 % masės), buvo gauti sukepinti kūnai, kurių tankis siekė 7,35 g/cm³, o pjezoelektrinė konstanta, veikiant poliarizuojantiems elektriniams laukams, siekė iki 600 pC/N. Mikromasto deformacijos kompensavimo tyrimai žymiai pagerino formavimo tikslumą, padidindami geometrinį tikslumą iki 80 %.
Kitas PMN-PT pjezoelektrinės keramikos tyrimas atskleidė, kad kietųjų dalelių kiekis labai veikia keramikos struktūrą ir elektrines savybes. Esant 80 % masės kietųjų dalelių kiekiui, keramikoje lengvai atsirasdavo šalutinių produktų; padidėjus kietųjų dalelių kiekiui iki 82 % ir daugiau, šalutiniai produktai palaipsniui išnykdavo, o keramikos struktūra tapdavo grynesnė, o jos eksploatacinės savybės žymiai pagerėdavo. Esant 82 % masės kiekiui, keramika pasižymėjo optimaliomis elektrinėmis savybėmis: pjezoelektrinė konstanta – 730 pC/N, santykinė dielektrinė skvarba – 7226, o dielektriniai nuostoliai – tik 0,07.
Apibendrinant galima teigti, kad keraminių suspensijų dalelių dydis, kietųjų dalelių kiekis ir reologinės savybės ne tik turi įtakos spausdinimo proceso stabilumui ir tikslumui, bet ir tiesiogiai lemia sukepintų kūnų tankį ir pjezoelektrinį atsaką, todėl jie yra pagrindiniai parametrai, lemiantys didelio našumo 3D spausdintą pjezoelektrinę keramiką.
Pagrindinis BT/UV pavyzdžių LCD-SLA 3D spausdinimo procesas
PMN-PT keramikos su skirtingu kietųjų dalelių kiekiu savybės
IV. Kibirkštinis plazmas sukepinimas
Kibirkštinis plazminis sukepinimas (SPS) yra pažangi sukepinimo technologija, kuri naudoja impulsinę srovę ir mechaninį slėgį, vienu metu taikomus milteliams, siekiant greitai sutankinti. Šio proceso metu srovė tiesiogiai kaitina formą ir miltelius, generuodama džaulio šilumą ir plazmą, todėl per trumpą laiką (paprastai per 10 minučių) galima efektyviai sukepinti. Greitas kaitinimas skatina paviršiaus difuziją, o kibirkštinis išlydis padeda pašalinti adsorbuotas dujas ir oksido sluoksnius nuo miltelių paviršių, pagerindamas sukepinimo našumą. Elektromagnetinių laukų sukeltas elektromigracijos efektas taip pat pagerina atomų difuziją.
Lyginant su tradiciniu karštuoju presavimu, SPS naudoja tiesioginį kaitinimą, todėl žemesnėje temperatūroje medžiaga sutankėja ir tuo pačiu metu efektyviai slopinamas grūdelių augimas, kad būtų gautos smulkios ir vienodos mikrostruktūros. Pavyzdžiui:
- Be priedų, naudojant maltus SiC miltelius kaip žaliavą, sukepinant 2100 °C temperatūroje ir 70 MPa slėgyje 30 minučių, gauti mėginiai, kurių santykinis tankis siekė 98 %.
- 10 minučių sukepinant 1700 °C temperatūroje ir 40 MPa slėgyje, gautas kubinis SiC, kurio tankis siekė 98 %, o grūdelių dydis – tik 30–50 nm.
- Naudojant 80 µm granuliuotus SiC miltelius ir sukepinant juos 1860 °C temperatūroje ir 50 MPa slėgyje 5 minutes, gauta didelio našumo SiC keramika, kurios santykinis tankis yra 98,5 %, Vickerso mikrokietumas – 28,5 GPa, lenkimo stipris – 395 MPa, o lūžio stiprumas – 4,5 MPa·m^1/2.
Mikrostruktūrinė analizė parodė, kad didėjant sukepinimo temperatūrai nuo 1600 °C iki 1860 °C, medžiagos poringumas žymiai sumažėjo, aukštoje temperatūroje artėjant prie pilno tankio.
SiC keramikos, sukepintos skirtingose temperatūrose, mikrostruktūra: (A) 1600 °C, (B) 1700 °C, (C) 1790 °C ir (D) 1860 °C.
V. Priedinė gamyba
Neseniai adityvioji gamyba (AM) parodė milžinišką potencialą gaminant sudėtingus keraminius komponentus dėl savo sluoksnis po sluoksnio gamybos proceso. SiC keramikai buvo sukurtos kelios AM technologijos, įskaitant rišiklio purškimą (BJ), 3DP, selektyvų lazerinį sukepinimą (SLS), tiesioginį rašymą rašalu (DIW) ir stereolitografiją (SL, DLP). Tačiau 3DP ir DIW pasižymi mažesniu tikslumu, o SLS linkęs sukelti terminį įtempį ir įtrūkimus. Priešingai, BJ ir SL siūlo didesnius pranašumus gaminant didelio grynumo, didelio tikslumo sudėtingą keramiką.
- Rišiklio purškimas (BJ)
BJ technologija apima rišiklio purškimą sluoksnis po sluoksnio, kad būtų suformuoti rišamieji milteliai, po to atliekamas rišiklio pašalinimas ir sukepinimas, siekiant gauti galutinį keramikos gaminį. Derinant BJ su chemine garų infiltracija (CVI), sėkmingai pagaminta didelio grynumo, visiškai kristalinė SiC keramika. Procesas apima:
① SiC keraminių žalių kūnų formavimas naudojant BJ.
② Tankinimas naudojant CVI esant 1000 °C temperatūrai ir 200 torų slėgiui.
③ Galutinės SiC keramikos tankis buvo 2,95 g/cm³, šilumos laidumas – 37 W/m·K, o lenkimo stipris – 297 MPa.
Klijavimo srovės (BJ) spausdinimo schema. (A) Kompiuterinio projektavimo (CAD) modelis, (B) BJ principo schema, (C) SiC spausdinimas BJ būdu, (D) SiC tankinimas cheminiu garų infiltravimu (CVI)
- Stereolitografija (SL)
SL – tai UV kietėjimo pagrindu sukurta keramikos formavimo technologija, pasižyminti itin dideliu tikslumu ir sudėtingų struktūrų gamybos galimybėmis. Šis metodas naudoja šviesai jautrias keramines suspensijas, turinčias didelį kietųjų dalelių kiekį ir mažą klampumą, kad fotopolimerizacijos būdu suformuotų 3D keraminius žaliuosius kūnus, po to pašalina rišiklį ir aukštoje temperatūroje sukepina, kad būtų gautas galutinis produktas.
Naudojant 35 tūrio % SiC suspensiją, 405 nm UV spinduliuote apšvitinti ir toliau tankinti aukštos kokybės 3D žali kūneliai, naudojant polimerų perdeginimą 800 °C temperatūroje ir PIP apdorojimą. Rezultatai parodė, kad mėginiai, paruošti naudojant 35 tūrio % suspensiją, pasiekė 84,8 % santykinį tankį, pranokdami 30 % ir 40 % kontrolines grupes.
Į mišinį įterpus lipofilinio SiO₂ ir fenolio epoksidinės dervos (PEA), buvo efektyviai pagerintas fotopolimerizacijos našumas. Po 4 valandų sukepinimo 1600 °C temperatūroje buvo pasiekta beveik visiška konversija į SiC, o galutinis deguonies kiekis siekė tik 0,12 %, todėl buvo galima vienu etapu pagaminti labai gryną, sudėtingos struktūros SiC keramiką be išankstinio oksidavimo ar infiltracijos etapų.
Spausdinimo struktūros ir jos sukepinimo proceso iliustracija. Mėginio išvaizda po džiovinimo (A) 25 °C temperatūroje, pirolizės (B) 1000 °C temperatūroje ir sukepinimo (C) 1600 °C temperatūroje.
Sukūrus šviesai jautrius Si₃N₄ keraminius suspensijos sluoksnius stereolitografiniam 3D spausdinimui ir panaudojant rišiklio pašalinimo-pirminio sukepinimo bei sendinimo aukštoje temperatūroje procesus, buvo pagaminta Si₃N₄ keramika, kurios teorinis tankis yra 93,3 %, tempiamasis stipris – 279,8 MPa, o lenkimo stipris – 308,5–333,2 MPa. Tyrimais nustatyta, kad esant 45 tūrio % kietosios medžiagos kiekiui ir 10 s ekspozicijos laikui, galima gauti vieno sluoksnio žalius kūnus, kurių kietėjimo tikslumas atitinka IT77 lygį. Žemos temperatūros rišiklio pašalinimo procesas, kurio kaitinimo greitis buvo 0,1 °C/min, padėjo gauti žalius kūnus be įtrūkimų.
Sukepinimas yra pagrindinis žingsnis, turintis įtakos galutiniam stereolitografijos rezultatui. Tyrimai rodo, kad pridėjus sukepinimo priemonių, galima veiksmingai pagerinti keramikos tankį ir mechanines savybes. Naudojant CeO₂ kaip sukepinimo priemonę ir elektrinio lauko pagalba veikiančią sukepinimo technologiją didelio tankio Si₃N₄ keramikai gaminti, nustatyta, kad CeO₂ segreguojasi grūdelių ribose, skatindamas grūdelių ribų slydimą ir tankėjimą. Gautos keramikos Vickerso kietumas buvo HV10/10 (1347,9 ± 2,4) ir lūžio atsparumas (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/². Pridėjus MgO–Y₂O₃ kaip priedų, pagerėjo keramikos mikrostruktūros homogeniškumas, o tai žymiai pagerino eksploatacines savybes. Esant bendram 8 % masės legiravimo lygiui, lenkimo stipris ir šilumos laidumas atitinkamai siekė 915,54 MPa ir 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹.
VI. Išvada
Apibendrinant galima teigti, kad didelio grynumo silicio karbido (SiC) keramika, kaip išskirtinė inžinerinė keraminė medžiaga, pasižymi plačiomis taikymo perspektyvomis puslaidininkiuose, aviacijos ir kosmoso pramonėje bei ekstremalių sąlygų įrangoje. Šiame straipsnyje sistemingai analizuojami penki tipiniai didelio grynumo SiC keramikos paruošimo būdai – rekristalizacijos sukepinimas, beslėgis sukepinimas, karštasis presavimas, kibirkštinio plazmos sukepinimas ir adityvinė gamyba – išsamiai aptariant jų tankinimo mechanizmus, pagrindinių parametrų optimizavimą, medžiagų charakteristikas ir atitinkamus privalumus bei apribojimus.
Akivaizdu, kad skirtingi procesai pasižymi unikaliomis savybėmis, susijusiomis su didelio grynumo, didelio tankio, sudėtingų struktūrų ir pramoninio įgyvendinamumo pasiekimu. Ypač didelį potencialą gaminant sudėtingos formos ir individualiai pritaikytus komponentus parodė adityviosios gamybos technologija, pasiekusi proveržio tokiose srityse kaip stereolitografija ir rišiklio purškimas, todėl tai yra svarbi didelio grynumo SiC keramikos ruošimo plėtros kryptis.
Būsimuose didelio grynumo SiC keramikos paruošimo tyrimuose reikia gilintis, skatinant perėjimą nuo laboratorinio masto prie didelio masto, labai patikimų inžinerinių pritaikymų, taip užtikrinant kritinę medžiagų paramą aukščiausios klasės įrangos gamybai ir naujos kartos informacinėms technologijoms.
„XKH“ yra aukštųjų technologijų įmonė, kuri specializuojasi didelio našumo keraminių medžiagų tyrimuose ir gamyboje. Ji siekia teikti klientams individualius sprendimus, susijusius su didelio grynumo silicio karbido (SiC) keramika. Įmonė turi pažangias medžiagų paruošimo technologijas ir tikslaus apdorojimo galimybes. Jos veikla apima didelio grynumo SiC keramikos tyrimus, gamybą, tikslų apdorojimą ir paviršiaus apdorojimą, atitinkantį griežtus puslaidininkių, naujosios energetikos, aviacijos ir kosmoso bei kitų sričių reikalavimus didelio našumo keraminiams komponentams. Pasitelkdami brandžius sukepinimo procesus ir pridėtinės gamybos technologijas, galime pasiūlyti klientams vieno langelio principu veikiančias paslaugas – nuo medžiagų formulės optimizavimo, sudėtingos struktūros formavimo iki tikslaus apdorojimo, užtikrinant, kad gaminiai pasižymėtų puikiomis mechaninėmis savybėmis, terminiu stabilumu ir atsparumu korozijai.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 30 d.