Od prášku k pevné keramice: Metody tvarování a slinování
Samotný prášek SiC není silná, hustá keramika. Aby se vytvořil pevný předmět, musí být prášek tvarován a poté spojen dohromady v procesu zvaném slinování. Klíčovou výzvou je, že SiC má silné kovalentní vazby, což velmi ztěžuje slinování. Proto jsou nutné speciální techniky. Tři hlavní metody jsou:
1. Slinování (slinování v pevném stavu)
Toto je nejběžnější způsob výroby součástí složitého tvaru.
o Míchání: Prášek SiC se smíchá s pomocným sintrovacím prostředkem, typicky malým množstvím boru (B) a uhlíku (C). Uhlík pomáhá odstraňovat oxidovou vrstvu na částicích SiC a bor podporuje atomovou difúzi.
# Tvarování: Prášková směs se vytvaruje do "zeleného tělesa" (neslinuté formy). To lze provést takto:
* Suché lisování: Jednoosé nebo izostatické lisování pro jednoduché tvary.
* Extruze: Pro dlouhé, souvislé tvary, jako jsou trubky nebo tyče.
* Vstřikování: Pro velmi složité a složité tvary.
# Slinování: Zelené těleso se zahřívá v inertní atmosféře (jako je argon) na teploty kolem 2000 °C - 2100 °C (3630 °F - 3810 °F). Při této teplotě do sebe částice v místech kontaktu difundují, spojují se a vytvářejí hutnou pevnou keramiku s minimální pórovitostí.
Výsledek: Slinutý karbid křemíku (SSiC). Má vysokou čistotu, vynikající odolnost proti opotřebení a dobrou mechanickou pevnost.
2. Reakční lepení (nebo silikonování)
Tato metoda vytváří díl ve tvaru téměř sítě s minimálním smrštěním.
# Tvarování: Směs prášku SiC a uhlíku (např. grafitu) se formuje do porézního zeleného tělesa.
# Infiltrace: Surové těleso je poté umístěno do kontaktu s roztaveným křemíkovým kovem (Si) v peci ve vakuu.
# Reakce: Roztavený křemík je vtažen do porézního tělesa kapilárním působením. Poté reaguje s uhlíkem v těle za vzniku nového karbidu křemíku (Si + C → SiC), který spojuje původní částice SiC dohromady.
# Přebytek křemíku: Všechny prostory nevyplněné reakcí jsou vyplněny zbytkovým křemíkovým kovem.
Výsledek: Reaction-Bonded Silicon Carbide (RBSC) nebo Siliconized Silicon Carbide. Je hustší než SSiC, ale obsahuje 5-15 % volného křemíku, což ve srovnání s SSiC snižuje jeho pevnost při vysokých teplotách a chemickou odolnost.
3. Lisování za tepla
Tato metoda poskytuje nejvyšší hustotu a pevnost, ale je dražší a omezená na jednoduché tvary.
# Proces: Prášek SiC (s pomocnými slinovacími prostředky) se umístí do formy, obvykle vyrobené z grafitu.
# Současné teplo a tlak: Forma se zahřívá na slinovací teploty (~1900°C - 2000°C) za současného působení velmi vysokého jednoosého tlaku (desítky MPa).
# Výhoda: Kombinace tepla a tlaku pohání zhušťování efektivněji a při nižší teplotě než beztlakové slinování.
Výsledek: Karbid křemíku lisovaný za tepla (HPSiC). Má vynikající mechanické vlastnosti, ale obvykle se vyrábí jako jednoduché tvary, jako jsou desky nebo bloky, které vyžadují následné obrábění diamantovými nástroji.
Poslední krok: Obrábění
Po slinování se součást blíží svému konečnému tvaru, ale často vyžaduje přesné obrábění. Protože SiC je extrémně tvrdý (9,5 na Mohsově stupnici, blízko diamantu), lze to provést pouze pomocí brusných kotoučů nebo nástrojů impregnovaných diamantem.
Stručně řečeno, výroba keramiky z karbidu křemíku je vícestupňový proces, který zahrnuje nejprve syntézu ultratvrdého prášku a poté použití specializovaných vysokoteplotních technik k jeho zhutnění na pevný a odolný technický materiál.
Může se vám líbit: Zirconia Ceramic, Ceramic Component
