Pokroky v technológiách prípravy vysoko čistých keramických zlúčenín z karbidu kremíka

Vysoko čistá keramika z karbidu kremíka (SiC) sa vďaka svojej výnimočnej tepelnej vodivosti, chemickej stabilite a mechanickej pevnosti stala ideálnym materiálom pre kritické komponenty v polovodičovom, leteckom a chemickom priemysle. S rastúcim dopytom po vysokovýkonných keramických zariadeniach s nízkym znečistením sa vývoj efektívnych a škálovateľných technológií prípravy vysoko čistej SiC keramiky stal globálnym zameraním výskumu. Tento článok systematicky skúma súčasné hlavné metódy prípravy vysoko čistej SiC keramiky, vrátane rekryštalizačného spekania, beztlakového spekania (PS), lisovania za tepla (HP), spekania iskrovou plazmou (SPS) a aditívnej výroby (AM) s dôrazom na diskusiu o mechanizmoch spekania, kľúčových parametroch, materiálových vlastnostiach a existujúcich výzvach každého procesu.


SiC陶瓷在军事和工程领域的应用

Aplikácia SiC keramiky vo vojenskej a strojárskej oblasti

V súčasnosti sa vysoko čisté keramické komponenty SiC široko používajú v zariadeniach na výrobu kremíkových doštičiek a podieľajú sa na základných procesoch, ako je oxidácia, litografia, leptanie a iónová implantácia. S pokrokom v technológii výroby doštičiek sa zväčšovanie veľkostí doštičiek stalo významným trendom. Súčasná bežná veľkosť doštičiek je 300 mm, čo dosahuje dobrú rovnováhu medzi nákladmi a výrobnou kapacitou. Avšak v dôsledku Moorovho zákona je už na programe hromadná výroba doštičiek s veľkosťou 450 mm. Väčšie doštičky zvyčajne vyžadujú vyššiu štrukturálnu pevnosť, aby odolávali deformácii a deformácii, čo ďalej poháňa rastúci dopyt po veľkorozmerných, vysoko pevných a vysoko čistých keramických komponentoch SiC. V posledných rokoch aditívna výroba (3D tlač) ako technológia rýchleho prototypovania, ktorá nevyžaduje žiadne formy, preukázala obrovský potenciál pri výrobe komplexne štruktúrovaných keramických dielov SiC vďaka svojej vrstvovej konštrukcii a flexibilným konštrukčným možnostiam, čo priťahuje širokú pozornosť.

Táto práca systematicky analyzuje päť reprezentatívnych metód prípravy vysoko čistej SiC keramiky – rekryštalizačné spekanie, beztlakové spekanie, lisovanie za tepla, spekanie iskrovou plazmou a aditívnu výrobu – so zameraním na ich mechanizmy spekania, stratégie optimalizácie procesov, charakteristiky materiálových výkonov a perspektívy priemyselného využitia.

 

高纯碳化硅需求成分

Požiadavky na surovinu z vysoko čistého karbidu kremíka

 

I. Rekryštalizačné spekanie

 

Rekryštalizovaný karbid kremíka (RSiC) je vysoko čistý SiC materiál pripravený bez spekacích prísad pri vysokých teplotách 2100 – 2500 °C. Odkedy Fredriksson prvýkrát objavil fenomén rekryštalizácie koncom 19. storočia, RSiC si získal značnú pozornosť vďaka čistým hraniciam zŕn a absencii sklených fáz a nečistôt. Pri vysokých teplotách vykazuje SiC relatívne vysoký tlak pár a jeho mechanizmus spekania zahŕňa primárne proces odparovania a kondenzácie: jemné zrná sa odparujú a znovu usadzujú na povrchoch väčších zŕn, čo podporuje rast krčka a priame spájanie medzi zrnami, čím sa zvyšuje pevnosť materiálu.

 

V roku 1990 Kriegesmann pripravil RSiC s relatívnou hustotou 79,1 % pomocou liatia za tepla pri teplote 2200 °C, pričom prierez vykazoval mikroštruktúru zloženú z hrubých zŕn a pórov. Následne Yi a kol. použili gélové liatie na prípravu surových telies a spekli ich pri teplote 2450 °C, čím získali keramiku RSiC s objemovou hustotou 2,53 g/cm³ a pevnosťou v ohybe 55,4 MPa.

 

RSiC 的 SEM 断裂表面

Lomová plocha RSiC získaná SEM

 

V porovnaní s hustým SiC má RSiC nižšiu hustotu (približne 2,5 g/cm³) a približne 20 % otvorenú pórovitosť, čo obmedzuje jeho výkonnosť vo vysokopevnostných aplikáciách. Preto sa zlepšenie hustoty a mechanických vlastností RSiC stalo kľúčovým zameraním výskumu. Sung a kol. navrhli infiltráciu roztaveného kremíka do zmiešaných kompaktov uhlík/β-SiC a rekryštalizáciu pri 2200 °C, pričom úspešne vytvorili sieťovú štruktúru zloženú z hrubých zŕn α-SiC. Výsledný RSiC dosiahol hustotu 2,7 g/cm³ a pevnosť v ohybe 134 MPa, pričom si zachoval vynikajúcu mechanickú stabilitu pri vysokých teplotách.

 

Na ďalšie zvýšenie hustoty Guo a kol. použili technológiu infiltrácie a pyrolýzy polymérov (PIP) na viacnásobné spracovanie RSiC. Použitím roztokov PCS/xylén a suspenzií SiC/PCS/xylén ako infiltrantov sa po 3–6 cykloch PIP výrazne zlepšila hustota RSiC (až na 2,90 g/cm³) spolu s jeho pevnosťou v ohybe. Okrem toho navrhli cyklickú stratégiu kombinujúcu PIP a rekryštalizáciu: pyrolýza pri 1400 °C s následnou rekryštalizáciou pri 2400 °C, čím sa účinne odstránili blokády častíc a znížila pórovitosť. Konečný materiál RSiC dosiahol hustotu 2,99 g/cm³ a pevnosť v ohybe 162,3 MPa, čo preukazuje vynikajúci komplexný výkon.

 

经过聚合物浸渍和热解 (PIP)-重结晶循环的抛光 RSiC 的微观结构演变的 SEM:变的 SEM:刪环的抛光 RSiC (A)、第一次 PIP-重结晶循环后 (B) 和第三次循环后 (C)

SEM snímky vývoja mikroštruktúry lešteného RSiC po cykloch impregnácie polymérom a pyrolýzy (PIP)-rekryštalizácie: Počiatočný RSiC (A), po prvom cykle PIP-rekryštalizácie (B) a po treťom cykle (C)

 

II. Beztlakové spekanie

 

Beztlakovo spekaná keramika z karbidu kremíka (SiC) sa typicky pripravuje s použitím vysoko čistého, ultrajemného prášku SiC ako suroviny s pridaním malého množstva spekacích prísad a speká sa v inertnej atmosfére alebo vákuu pri teplote 1800 – 2150 °C. Táto metóda je vhodná na výrobu keramických súčiastok veľkých rozmerov a so zložitou štruktúrou. Keďže je však SiC primárne kovalentne viazaný, jeho koeficient samodifúzie je extrémne nízky, čo sťažuje zhutňovanie bez spekacích prísad.

 

Na základe mechanizmu spekania možno beztlakové spekanie rozdeliť do dvoch kategórií: beztlakové spekanie v kvapalnej fáze (PLS-SiC) a beztlakové spekanie v tuhom skupenstve (PSS-SiC).

 

1.1 PLS-SiC (spekanie v kvapalnej fáze)

 

PLS-SiC sa typicky speká pod 2000 °C pridaním približne 10 hmotnostných % eutektických spekacích prísad (ako sú Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂ a oxidy vzácnych zemín RE₂O₃) za vzniku kvapalnej fázy, ktorá podporuje preskupenie častíc a prenos hmoty na dosiahnutie zhutnenia. Tento proces je vhodný pre priemyselnú SiC keramiku, ale neexistujú žiadne správy o vysoko čistom SiC dosiahnutom spekaním v kvapalnej fáze.

 

1.2 PSS-SiC (spekanie v pevnom stave)

 

PSS-SiC zahŕňa zhutňovanie v tuhom stave pri teplotách nad 2000 °C s približne 1 hmotnostným % prísad. Tento proces sa spolieha hlavne na atómovú difúziu a preskupenie zŕn v dôsledku vysokých teplôt, aby sa znížila povrchová energia a dosiahlo zhutnenie. Systém BC (bór-uhlík) je bežnou kombináciou prísad, ktorá môže znížiť energiu na hraniciach zŕn a odstrániť SiO₂ z povrchu SiC. Tradičné prísady BC však často zavádzajú zvyškové nečistoty, čím sa znižuje čistota SiC.

 

Kontrolou obsahu prísad (B 0,4 hmot. %, C 1,8 hmot. %) a spekaním pri teplote 2150 °C počas 0,5 hodiny sa získala vysoko čistá SiC keramika s čistotou 99,6 hmot. % a relatívnou hustotou 98,4 %. Mikroštruktúra vykazovala stĺpcovité zrná (niektoré s dĺžkou presahujúcou 450 µm) s menšími pórmi na hraniciach zŕn a grafitovými časticami vo vnútri zŕn. Keramika vykazovala pevnosť v ohybe 443 ± 27 MPa, modul pružnosti 420 ± 1 GPa a koeficient tepelnej rozťažnosti 3,84 × 10⁻⁶ K⁻¹ v rozsahu od izbovej teploty do 600 °C, čo preukazuje vynikajúci celkový výkon.

 

PSS-SiC的微观结构:(A)抛光和NaOH腐蚀后的SEM图像;(BD)抛光和蚀刻后的BSD图像

Mikroštruktúra PSS-SiC: (A) SEM snímka po leštení a leptaní NaOH; (BD) BSD snímky po leštení a leptaní

 

III. Spekanie za tepla

 

Spekanie za tepla (HP) je technika zhutňovania, ktorá súčasne aplikuje teplo a jednoosý tlak na práškové materiály za podmienok vysokej teploty a vysokého tlaku. Vysoký tlak výrazne bráni tvorbe pórov a obmedzuje rast zŕn, zatiaľ čo vysoká teplota podporuje spájanie zŕn a tvorbu hustých štruktúr, čo v konečnom dôsledku vedie k vysokej hustote a vysokej čistote SiC keramiky. Vzhľadom na smerovú povahu lisovania má tento proces tendenciu vyvolávať anizotropiu zŕn, čo ovplyvňuje mechanické vlastnosti a vlastnosti odolné voči opotrebovaniu.

 

Čistá SiC keramika sa bez prísad ťažko zhutňuje, čo si vyžaduje ultravysokotlakové spekanie. Nadeau a kol. úspešne pripravili plne hustý SiC bez prísad pri teplote 2500 °C a 5000 MPa; Sun a kol. získali sypké materiály β-SiC s tvrdosťou podľa Vickersa až 41,5 GPa pri 25 GPa a 1400 °C. Pri tlaku 4 GPa sa pripravila SiC keramika s relatívnymi hustotami približne 98 % a 99 %, tvrdosťou 35 GPa a modulom pružnosti 450 GPa pri teplote 1500 °C a 1900 °C. Spekaním prášku SiC s mikrónovou veľkosťou pri tlaku 5 GPa a 1500 °C sa získala keramika s tvrdosťou 31,3 GPa a relatívnou hustotou 98,4 %.

 

Hoci tieto výsledky ukazujú, že ultravysoký tlak môže dosiahnuť zhutňovanie bez prísad, zložitosť a vysoké náklady na potrebné zariadenie obmedzujú priemyselné aplikácie. Preto sa v praktickej príprave na zvýšenie hnacej sily spekania často používajú stopové prísady alebo prášková granulácia.

 

Pridaním 4 hmotn. % fenolovej živice ako prísady a spekaním pri teplote 2350 °C a tlaku 50 MPa sa získala SiC keramika s mierou zhutňovania 92 % a čistotou 99,998 %. Použitím nízkeho množstva prísad (kyselina boritá a D-fruktóza) a spekaním pri teplote 2050 °C a tlaku 40 MPa sa pripravil SiC s vysokou čistotou s relatívnou hustotou > 99,5 % a zvyškovým obsahom B iba 556 ppm. SEM snímky ukázali, že v porovnaní so vzorkami spekanými bez tlaku mali vzorky lisované za tepla menšie zrná, menej pórov a vyššiu hustotu. Pevnosť v ohybe bola 453,7 ± 44,9 MPa a modul pružnosti dosiahol 444,3 ± 1,1 GPa.

 

Predĺžením doby výdrže pri 1900 °C sa veľkosť zŕn zvýšila z 1,5 μm na 1,8 μm a tepelná vodivosť sa zlepšila zo 155 na 167 W·m⁻¹·K⁻¹, pričom sa zároveň zvýšila odolnosť voči plazmovej korózii.

 

Za podmienok teploty 1850 °C a tlaku 30 MPa sa lisovaním za tepla a rýchlym lisovaním za tepla granulovaného a žíhaného prášku SiC získala plne hustá keramika β-SiC bez akýchkoľvek prísad s hustotou 3,2 g/cm³ a teplotou spekania o 150 – 200 °C nižšou ako pri tradičných procesoch. Keramika vykazovala tvrdosť 2729 GPa, lomovú húževnatosť 5,25 – 5,30 MPa·m^1/2 a vynikajúcu odolnosť proti tečeniu (rýchlosti tečenia 9,9 × 10⁻¹⁰ s⁻¹ a 3,8 × 10⁻⁹ s⁻¹ pri 1400 °C/1450 °C a tlaku 100 MPa).

 

(A)抛光表面的SEM图像;(B)断口的SEM图像;(C,D)抛光表面的BSD图像

(A) SEM snímka lešteného povrchu; (B) SEM snímka lomovej plochy; (C, D) BSD snímka lešteného povrchu

 

Vo výskume 3D tlače piezoelektrickej keramiky sa keramická suspenzia ako hlavný faktor ovplyvňujúci tvarovanie a výkon stala kľúčovým zameraním na domácej aj medzinárodnej úrovni. Súčasné štúdie vo všeobecnosti naznačujú, že parametre, ako je veľkosť častíc prášku, viskozita suspenzie a obsah pevných látok, významne ovplyvňujú kvalitu tvarovania a piezoelektrické vlastnosti konečného produktu.

 

Výskum zistil, že keramické suspenzie pripravené s použitím práškov titaničitanu bárnatého s mikronovými, submikrónovými a nanočasticami vykazujú významné rozdiely v stereolitografických procesoch (napr. LCD-SLA). S klesajúcou veľkosťou častíc sa viskozita suspenzie výrazne zvyšuje, pričom prášky s nanočasticami vytvárajú suspenzie s viskozitami dosahujúcimi miliardy mPa·s. Suspenzie s práškami s mikronovými veľkosťami sú náchylné na delamináciu a odlupovanie počas tlače, zatiaľ čo prášky s submikrónovými a nanočasticami vykazujú stabilnejšie správanie pri tvarovaní. Po spekaní pri vysokej teplote dosiahli výsledné keramické vzorky hustotu 5,44 g/cm³, piezoelektrický koeficient (d₃₃) približne 200 pC/N a nízke stratové faktory, pričom vykazovali vynikajúce elektromechanické vlastnosti odozvy.

 

Okrem toho, v procesoch mikrostereolitografie, úprava obsahu pevných látok v suspenziách typu PZT (napr. 75 hmotn. %) viedla k spekaným telesám s hustotou 7,35 g/cm³, pričom sa dosiahla piezoelektrická konštanta až 600 pC/N za pôsobenia polarizačných elektrických polí. Výskum kompenzácie deformácie v mikroskopickej mierke výrazne zlepšil presnosť tvárnenia a zvýšil geometrickú presnosť až o 80 %.

 

Ďalšia štúdia piezoelektrickej keramiky PMN-PT odhalila, že obsah pevných látok kriticky ovplyvňuje štruktúru keramiky a elektrické vlastnosti. Pri obsahu pevných látok 80 % hmotn. sa v keramike ľahko objavovali vedľajšie produkty; ako sa obsah pevných látok zvyšoval na 82 % hmotn. a viac, vedľajšie produkty postupne mizli a keramická štruktúra sa stávala čistejšou s výrazne zlepšeným výkonom. Pri obsahu 82 % hmotn. keramika vykazovala optimálne elektrické vlastnosti: piezoelektrickú konštantu 730 pC/N, relatívnu permitivitu 7226 a dielektrickú stratu iba 0,07.

 

Stručne povedané, veľkosť častíc, obsah pevných látok a reologické vlastnosti keramických suspenzií nielen ovplyvňujú stabilitu a presnosť tlačového procesu, ale priamo určujú aj hustotu a piezoelektrickú odozvu spekaných telies, čo z nich robí kľúčové parametre pre dosiahnutie vysokovýkonnej 3D tlačenej piezoelektrickej keramiky.

 

LCD-SLA 3D打印BTUV样品的主要流程

Hlavný proces LCD-SLA 3D tlače BT/UV vzoriek

 

不同固含量的PMN-PT陶瓷的性能

Vlastnosti keramiky PMN-PT s rôznym obsahom pevných látok

 

IV. Spekanie iskrovou plazmou

 

Iskrivá plazmová spekanie (SPS) je pokročilá technológia spekania, ktorá využíva pulzný prúd a mechanický tlak súčasne aplikované na prášky na dosiahnutie rýchleho zhutnenia. V tomto procese prúd priamo ohrieva formu a prášok, čím generuje Jouleovo teplo a plazmu, čo umožňuje efektívne spekanie v krátkom čase (zvyčajne do 10 minút). Rýchle zahrievanie podporuje povrchovú difúziu, zatiaľ čo iskrový výboj pomáha odstraňovať adsorbované plyny a vrstvy oxidov z povrchov práškov, čím sa zlepšuje výkon spekania. Elektromigračný efekt vyvolaný elektromagnetickými poľami tiež zvyšuje atómovú difúziu.

 

V porovnaní s tradičným lisovaním za tepla využíva SPS priamejší ohrev, čo umožňuje zhutňovanie pri nižších teplotách a zároveň účinne bráni rastu zŕn, čím sa dosahujú jemné a rovnomerné mikroštruktúry. Napríklad:

 

  • Bez prísad, s použitím mletého prášku SiC ako suroviny, spekaním pri teplote 2100 °C a tlaku 70 MPa počas 30 minút sa získali vzorky s relatívnou hustotou 98 %.
  • Spekaním pri teplote 1700 °C a tlaku 40 MPa počas 10 minút vznikol kubický SiC s hustotou 98 % a veľkosťou zŕn iba 30 – 50 nm.
  • Použitie granulovaného prášku SiC s veľkosťou zrna 80 µm a spekanie pri teplote 1860 °C a tlaku 50 MPa počas 5 minút viedlo k vysokovýkonnej SiC keramike s relatívnou hustotou 98,5 %, mikrotvrdosťou podľa Vickersa 28,5 GPa, pevnosťou v ohybe 395 MPa a lomovou húževnatosťou 4,5 MPa·m^1/2.

 

Mikroštruktúrna analýza ukázala, že so zvyšujúcou sa teplotou spekania z 1600 °C na 1860 °C sa pórovitosť materiálu výrazne znížila a pri vysokých teplotách sa blížila k plnej hustote.

 

在不同温度下烧结的 SiC 陶瓷的微观结构::(A)1600°C、(B)1700°C,C)C17D°C 弌C)C17°C

Mikroštruktúra SiC keramiky spekanej pri rôznych teplotách: (A) 1600 °C, (B) 1700 °C, (C) 1790 °C a (D) 1860 °C

 

V. Aditívna výroba

 

Aditívna výroba (AM) nedávno preukázala obrovský potenciál pri výrobe zložitých keramických komponentov vďaka procesu vrstvenia po vrstve. Pre SiC keramiku bolo vyvinutých viacero technológií AM, vrátane nanášania spojiva prúdom (BJ), 3DP, selektívneho laserového spekania (SLS), priameho písania atramentom (DIW) a stereolitografie (SL, DLP). 3DP a DIW však majú nižšiu presnosť, zatiaľ čo SLS má tendenciu vyvolávať tepelné namáhanie a trhliny. Naproti tomu BJ a SL ponúkajú väčšie výhody pri výrobe vysoko čistej a presnej komplexnej keramiky.

 

  1. Tryskové čistenie spojiva (BJ)

 

Technológia BJ zahŕňa nanášanie spojiva na spojovací prášok vrstvou po vrstve, po čom nasleduje odstránenie spojiva a spekanie, čím sa získa konečný keramický produkt. Kombináciou BJ s chemickou infiltráciou pár (CVI) sa úspešne pripravila vysoko čistá, plne kryštalická SiC keramika. Proces zahŕňa:

 

① Tvarovanie keramických surových telies SiC pomocou BJ.
② Zhutňovanie pomocou CVI pri 1000 °C a 200 Torr.
③ Výsledná SiC keramika mala hustotu 2,95 g/cm³, tepelnú vodivosť 37 W/m·K a pevnosť v ohybe 297 MPa.

 

粘合剂喷射 (BJ) 打印示意图。(A) 计算机辅助设计 (CAD) 模型,(B) BJ 原琚群意原琚群意倚群意倏图打印 SiC,(D) 通过化学气相渗透 (CVI) 实现 SiC 致密化

Schematický diagram tlače adhezívnym prúdom (BJ). (A) Model počítačom podporovaného návrhu (CAD), (B) schematický diagram princípu BJ, (C) tlač SiC pomocou BJ, (D) zhutňovanie SiC chemickou infiltráciou pár (CVI)

 

  1. Stereolitografia (SL)

 

SL je technológia tvárnenia keramiky založená na UV vytvrdzovaní s extrémne vysokou presnosťou a možnosťami výroby zložitých štruktúr. Táto metóda využíva fotocitlivé keramické suspenzie s vysokým obsahom pevných látok a nízkou viskozitou na vytvorenie 3D keramických zelených telies prostredníctvom fotopolymerizácie, po ktorej nasleduje odstránenie spojiva a spekanie pri vysokej teplote na získanie konečného produktu.

 

Použitím suspenzie SiC s 35 obj. % boli pripravené vysokokvalitné 3D zelené telesá pod UV žiarením s vlnovou dĺžkou 405 nm a ďalej zhutnené vypaľovaním polyméru pri teplote 800 °C a úpravou PIP. Výsledky ukázali, že vzorky pripravené s suspenziou s 35 obj. % dosiahli relatívnu hustotu 84,8 %, čím prekonali kontrolné skupiny o 30 % a 40 %.

 

Pridaním lipofilného SiO₂ a fenolickej epoxidovej živice (PEA) na modifikáciu suspenzie sa účinne zlepšil výkon fotopolymerizácie. Po spekaní pri teplote 1600 °C počas 4 hodín sa dosiahla takmer úplná premena na SiC s konečným obsahom kyslíka iba 0,12 %, čo umožnilo jednokrokovú výrobu vysoko čistej, komplexne štruktúrovanej SiC keramiky bez predoxidačných alebo predinfiltračných krokov.

 

打印结构及其烧结的示意图。样品在(A)25°C 下干燥、(B)1000°C 下0°C 160°C 160°C下烧结后的外观

Ilustrácia tlačovej štruktúry a jej procesu spekania. Vzhľad vzorky po vysušení pri (A) 25 °C, pyrolýze pri (B) 1000 °C a spekaní pri (C) 1600 °C.

 

Navrhnutím fotocitlivých keramických suspenzií Si₃N₄ pre stereolitografickú 3D tlač a použitím procesov odstraňovania spojiva s predspekaním a starnutia pri vysokých teplotách boli pripravené keramiky Si₃N₄ s teoretickou hustotou 93,3 %, pevnosťou v ťahu 279,8 MPa a pevnosťou v ohybe 308,5 – 333,2 MPa. Štúdie zistili, že za podmienok obsahu pevných látok 45 obj. % a expozičného času 10 s bolo možné získať jednovrstvové surové telesá s presnosťou vytvrdzovania na úrovni IT77. Proces odstraňovania spojiva pri nízkych teplotách s rýchlosťou ohrevu 0,1 °C/min pomohol vytvoriť surové telesá bez trhlín.

 

Spekanie je kľúčovým krokom ovplyvňujúcim konečný výkon v stereolitografii. Výskum ukazuje, že pridanie spekacích prísad môže účinne zlepšiť hustotu a mechanické vlastnosti keramiky. Pri použití CeO₂ ako spekacej prísady a technológie spekania s pomocou elektrického poľa na prípravu keramiky Si₃N₄ s vysokou hustotou sa zistilo, že CeO₂ sa segreguje na hraniciach zŕn, čo podporuje kĺzanie a zhutňovanie na hraniciach zŕn. Výsledná keramika vykazovala tvrdosť podľa Vickersa HV10/10 (1347,9 ± 2,4) a lomovú húževnatosť (6,57 ± 0,07) MPa·m¹/². S MgO–Y₂O₃ ako prísadami sa zlepšila homogenita keramickej mikroštruktúry, čo výrazne zvýšilo výkon. Pri celkovej úrovni dopovania 8 hmotn. % dosiahla pevnosť v ohybe a tepelná vodivosť 915,54 MPa a 59,58 W·m⁻¹·K⁻¹.

 

VI. Záver

 

Stručne povedané, vysoko čistá keramika na báze karbidu kremíka (SiC) ako vynikajúci technický keramický materiál preukázala široké možnosti uplatnenia v polovodičoch, leteckom priemysle a zariadeniach pre extrémne podmienky. Tento článok systematicky analyzoval päť typických spôsobov prípravy vysoko čistej SiC keramiky – rekryštalizačné spekanie, beztlakové spekanie, lisovanie za tepla, spekanie iskrovou plazmou a aditívnu výrobu – s podrobnou diskusiou o ich mechanizmoch zhutňovania, optimalizácii kľúčových parametrov, materiálových vlastnostiach a príslušných výhodách a obmedzeniach.

 

Je zrejmé, že rôzne procesy majú jedinečné vlastnosti, pokiaľ ide o dosiahnutie vysokej čistoty, vysokej hustoty, zložitých štruktúr a priemyselnej uskutočniteľnosti. Najmä technológia aditívnej výroby preukázala silný potenciál pri výrobe zložitých a prispôsobených komponentov s prelomovými objavmi v podoblastiach, ako je stereolitografia a tryskanie spojív, čo z nej robí dôležitý smer vývoja pre prípravu vysoko čistej SiC keramiky.

 

Budúci výskum v oblasti prípravy vysoko čistej keramiky SiC sa musí hlbšie zamerať, aby podporil prechod z laboratórnych aplikácií na rozsiahle, vysoko spoľahlivé inžinierske aplikácie, a tým poskytol kritickú materiálovú podporu pre výrobu špičkových zariadení a informačné technológie novej generácie.

 

Spoločnosť XKH je high-tech podnik špecializujúci sa na výskum a výrobu vysokovýkonných keramických materiálov. Zameriava sa na poskytovanie riešení na mieru pre zákazníkov vo forme vysoko čistej keramiky z karbidu kremíka (SiC). Spoločnosť disponuje pokročilými technológiami prípravy materiálov a presnými schopnosťami spracovania. Jej podnikanie zahŕňa výskum, výrobu, presné spracovanie a povrchovú úpravu vysoko čistej keramiky SiC, ktorá spĺňa prísne požiadavky polovodičového priemyslu, novej energetiky, leteckého priemyslu a ďalších oblastí na vysokovýkonné keramické komponenty. Využívaním vyspelých procesov spekania a technológií aditívnej výroby môžeme zákazníkom ponúknuť komplexné služby od optimalizácie zloženia materiálov, cez tvorbu komplexných štruktúr až po presné spracovanie, pričom zabezpečujeme, aby produkty mali vynikajúce mechanické vlastnosti, tepelnú stabilitu a odolnosť proti korózii.

 

https://www.xkh-semitech.com/silicon-carbide-ceramic-tray-durable-high-performance-trays-for-thermal-and-chemical-applications-product/

 


Čas uverejnenia: 30. júla 2025