반응소결된 SiC 세라믹과 그 특성에 관한 연구

실리콘 카바이드는 왜 중요합니까?

탄화규소(SiC)는 실리콘과 탄소원자의 공유결합으로 형성된 화합물로 내마모성, 내열충격성, 내식성, 높은 열전도율이 우수한 것으로 알려져 있습니다. 항공 우주, 기계 제조, 석유 화학, 금속 제련 및 전자 산업, 특히 내마모성 부품 및 고온 구조 부품 제조에 널리 사용됩니다.반응소결 탄화규소 세라믹산업 규모의 생산을 달성한 최초의 구조용 세라믹 중 하나입니다. 전통적인반응 소결 탄화 규소 세라믹탄화규소 분말과 소량의 탄소 분말을 고온 규소 침투 반응 소결을 통해 제조하는데, 이는 긴 소결 시간, 고온, 높은 에너지 소비 및 높은 비용이 필요합니다. 반응 소결 탄화규소 기술의 적용이 증가함에 따라 전통적인 방법으로는 복잡한 형상에 대한 산업적 수요를 충족시키기에 불충분합니다.탄화규소 세라믹스.

최근 발전은 무엇입니까반응소결 탄화규소?

최근 기술의 발전으로 고밀도, 고굴곡강도의 생산이 가능해졌습니다.탄화규소 세라믹스나노 크기의 탄화규소 분말을 사용하여 소재의 기계적 특성을 대폭 향상시켰습니다. 그러나 나노 크기의 탄화규소 분말은 톤당 수만 달러가 넘는 높은 가격으로 인해 대규모 적용이 어렵다. 이 연구에서 우리는 널리 사용되는 목탄을 탄소원으로 사용하고 미크론 크기의 탄화규소를 골재로 사용하고 슬립 캐스팅 기술을 사용하여 준비했습니다.반응 소결 탄화 규소 세라믹녹색 시체. 이러한 접근 방식은 탄화규소 분말을 사전 합성할 필요가 없고, 생산 비용을 절감하며, 크고 복잡한 형상의 얇은 벽 제품의 제조를 가능하게 하여 성능 및 응용성을 향상시킬 수 있는 참고 자료를 제공합니다.반응 소결 탄화 규소 세라믹.

사용된 원자재는 무엇이었나요?

실험에 사용된 원료는 다음과 같습니다.

중앙 입자 크기(d50)가 3.6μm이고 순도(w(SiC)) ≥ 98%인 탄화규소

중앙 입자 크기(d50)가 0.5μm이고 순도(w©) ≥ 99%인 카본 블랙

중앙 입자 크기(d50)가 10μm이고 순도(w©)가 ≥ 99%인 흑연

분산제: 폴리비닐피롤리돈(PVP) K30(K 값 27-33) 및 K90(K 값 88-96)

감수제: 폴리카르복실레이트 CE-64

이형제: AO

탈이온수

실험은 어떻게 진행되었나요?

실험은 다음과 같이 수행되었습니다.

표 1에 따른 원료를 전동믹서를 이용하여 4시간 동안 혼합하여 균일하게 혼합된 슬러리를 얻었다.

Keeping the slurry viscosity ≤ 1000 mPa·s, the mixed slurry was poured into prepared gypsum molds for slip casting, allowed to dehydrate through the gypsum molds for 2-3 minutes to form green bodies.

성형체를 서늘한 곳에 48시간 동안 방치한 후, 틀에서 꺼내어 80℃ 진공 건조 오븐에서 4~6시간 동안 건조시켰다.

예비성형품을 얻기 위해 예비 성형체를 얻기 위해 머플로에서 800℃에서 2시간 동안 성형체의 검 제거를 수행했습니다.

상기 프리폼을 카본블랙, 규소분말, 질화붕소의 질량비 1:100:2000의 혼합분말에 포매하고, 1720℃의 노에서 2시간 동안 소결하여 완전 미세분말의 탄화규소 세라믹을 얻었다. .

성능 테스트에는 어떤 방법이 사용되었습니까?

성능 테스트에는 다음이 포함됩니다.

실온에서 회전 점도계를 사용하여 다양한 혼합 시간(1~5시간)에서 슬러리의 점도를 측정합니다.

국가 표준 GB/T 25995-2010에 따라 프리폼의 부피 밀도를 측정합니다.

GB/T 6569-2006에 따라 1720°C에서 소결된 샘플의 굽힘 강도 측정, 샘플 크기 3mm × 4mm × 36mm, 스팬 30mm, 로딩 속도 0.5mm·min^-1 .

XRD 및 SEM을 사용하여 1720°C에서 소결된 샘플의 상 조성 및 미세 구조를 분석합니다.

혼합 시간은 슬러리 점도, 프리폼 부피 밀도 및 겉보기 다공성에 어떤 영향을 줍니까?

그림 1과 2는 각각 샘플 2#에 대한 혼합 시간과 슬러리 점도 사이의 관계, 그리고 혼합 시간과 프리폼 부피 밀도 및 겉보기 다공성 사이의 관계를 보여줍니다.

그림 1은 혼합 시간이 증가함에 따라 점도가 감소하여 4시간에 최소 721mPa·s에 도달한 후 안정화됨을 나타냅니다.

그림 2는 샘플 2#의 최대 부피 밀도가 1.47g·cm^-3이고 최소 겉보기 다공도가 32.4%임을 보여줍니다. 점도가 낮을수록 분산이 향상되어 보다 균일한 슬러리가 생성되고 성능이 향상됩니다.실리콘 카바이드 세라믹성능. 혼합 시간이 충분하지 않으면 탄화규소 미분말의 혼합이 고르지 않게 되고, 혼합 시간이 너무 많으면 물이 더 많이 증발하여 시스템이 불안정해집니다. 완전 미세분말 탄화규소 세라믹을 제조하기 위한 최적의 혼합 시간은 4시간입니다.

표 2에는 흑연이 첨가된 샘플 2# 및 흑연이 첨가되지 않은 샘플 6#의 슬러리 점도, 프리폼 부피 밀도 및 겉보기 다공성이 나열되어 있습니다. 흑연을 첨가하면 슬러리 점도가 낮아지고, 프리폼의 부피 밀도가 증가하며, 흑연의 윤활 효과로 인해 겉보기 기공률이 감소하여 완전 미세 분말의 분산이 향상되고 밀도가 증가합니다.탄화규소 세라믹스. 흑연이 없으면 슬러리의 점도가 높아지고 분산력이 떨어지며 안정성이 떨어지므로 흑연을 첨가해야 합니다.

그림 3은 카본 블랙 함량이 서로 다른 샘플의 프리폼 부피 밀도와 겉보기 다공성을 표시합니다. 샘플 2#은 1.47g·cm^-3의 가장 높은 부피 밀도와 32.4%의 가장 낮은 겉보기 다공성을 나타냅니다. 그러나 다공성이 너무 낮으면 실리콘 침투가 방해됩니다.

그림 4는 1720°C에서 샘플 2# 프리폼과 소결 샘플의 XRD 스펙트럼을 보여줍니다. 프리폼에는 흑연과 β-SiC가 포함되어 있고 소결된 샘플에는 Si, β-SiC 및 α-SiC가 포함되어 있어 일부 β-SiC가 고온에서 α-SiC로 변환되었음을 나타냅니다. 소결된 샘플은 또한 고온 실리콘 침투로 인해 Si가 증가하고 C 함량이 감소한 것으로 나타났습니다. 여기서 Si는 C와 반응하여 SiC를 형성하고 기공을 채웁니다.

그림 5는 다양한 샘플 프리폼의 파괴 형태를 보여줍니다. 이미지에서는 미세한 탄화규소, 흑연 및 기공이 드러납니다. 샘플 1#, 4# 및 5#은 플레이크 상이 더 ​​크고 혼합이 고르지 않아 기공이 고르지 않게 분산되어 프리폼 밀도가 낮고 다공성이 높습니다. 5.94%(w) 카본 블랙을 함유한 샘플 2#은 최적의 미세 구조를 보여줍니다.

그림 6은 1720°C에서 소결한 후 샘플 2#의 파괴 형태를 보여주며, 다공성이 최소화된 탄화규소 입자가 촘촘하고 균일하게 분포되어 있음을 보여줍니다. 탄화규소 입자의 성장은 고온 효과로 인해 발생합니다. 새로 형성된 더 작은 SiC 입자는 반응 소결로 인한 원래 SiC 골격 입자 사이에서도 볼 수 있으며, 일부 잔류 Si가 원래 기공을 채워 응력 집중을 감소시키지만 낮은 융점으로 인해 잠재적으로 고온 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 소결체의 부피밀도는 3.02g·cm^-3, 굽힘강도는 580MPa로 일반소결체의 2배 이상인 제품입니다.반응소결 탄화규소.

결론

완전 미세분말 제조에 사용되는 슬러리의 최적 혼합시간탄화규소 세라믹스4시간입니다. 흑연을 첨가하면 슬러리 점도가 감소하고 프리폼 부피 밀도가 증가하며 겉보기 기공률이 감소하여 완전 미세 분말의 밀도가 향상됩니다.탄화규소 세라믹스.

완전 미세 분말형 탄화규소 세라믹을 제조하기 위한 최적의 카본 블랙 함량은 5.94%(w)입니다.

소결된 탄화규소 입자는 기공률이 최소화된 상태로 촘촘하고 균일하게 분포되어 성장 추세를 보여줍니다. 소결품의 밀도는 3.02g·cm^-3, 굽힘강도는 580MPa로 완전미분말의 기계적 강도와 밀도가 크게 향상되었습니다.탄화규소 세라믹스.**

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