كربيد السيليكون كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل

كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل (RBSC) هو مادة خزفية صلبة وقوية بشكل استثنائي مع قوة ميكانيكية فائقة ومقاومة للصدمات وثبات كيميائي وقابلية للتشكيل، مما يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات.

يوفر RB-SiC صلابة أقل مقارنةً بكربيد السيليكون الملبد ولكنه أسهل وأقل تكلفة في التصنيع، بينما يتميز بخصائص ممتازة لمقاومة الصدمات الحرارية.

الخصائص الفيزيائية

وتستخدم عملية RMI جزيئات الكربون السيليكوني المدمجة في تشكيل الكربون المسامي (G0)، قبل التسلل بالسيليكون السائل لتحقيق كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل. ومع ذلك، لسوء الحظ، قد يتسبب السيليكون السائل في انسداد المسام بسبب عملية التسلل، وبالتالي تم استخدام الكربون متعدد الأطوار في هذه الدراسة كترياق ضد هذه المشكلة ولتعزيز الخواص الميكانيكية لكربيد السيليكون RB-SiC.

يتكون الكربون متعدد الأطوار من كربون أسود غير متبلور ناعم وكربون كروي دقيق خشن. عند التسلل مع السيليكون السائل، يتم استهلاك الكربون الكروي الدقيق بينما يمكن للكربون غير المتبلور أن يهرب من المسام لمنع تفاعلات ملء المسام التي تسدها - وهكذا، عند ملاحظة ذلك على العينات P10F90 وP20F80 وP30F70 لم تكن القمة المميزة موجودة، مما يشير إلى أن الكربون متعدد الأطوار ساعد على تجنب هذه المشكلة وتحسين قوة الانحناء مع زيادة درجة حرارة التسلل وزمن النقع.

الخواص الميكانيكية

يتم إنتاج كربيد السيليكون RB عن طريق تسرب السيليكون المنصهر إلى كربون مسامي أو تشكيل من الجرافيت حيث يتفاعل مع الكربون لتشكيل SiC ويخلق مادة خزفية رائعة مقاومة للتآكل والصدمات والمواد الكيميائية والتي تأتي بأشكال وأحجام مختلفة تتراوح بين الأشكال المخروطية البسيطة والأشكال المخروطية البسيطة والأشكال ذات الأكمام إلى الأجزاء الأكبر حجماً المصممة هندسياً لصناعات التعدين أو المعالجة.

تؤثر تركيبة السلائف المركبة، وخاصةً نسبة الكربون متعدد الأطوار إلى الكربون السائل على معدل التفاعل بين الكربون والسيليكون السائل أثناء الانحلال الحراري بدرجة حرارة عالية. ويعزز الكربون متعدد الأطوار تغلغل السيليكون السائل من خلال المسام في التشكيلات المسامية؛ وتساعد مصادر الكربون المتدرجة في التحكم في كل من محتوى ب-سيكل السيليكون ثنائي الفينيل والسيليكون الحر.

يمكن زيادة قوة الانثناء ومعامل المرونة لكربيد السيليكون RB بشكل كبير من خلال التدريج الدقيق لمصدر الكربون، وذلك بسبب التخلص من أسطح حبيبات الكتل السوداء والبيضاء الملساء التي تسبب الكسر بين الخلايا الحبيبية أثناء الثني.

الخواص الحرارية

تعتمد الخواص الحرارية لسيراميك كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل على نوع ونسبة الترابط. كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل (RBSC)، المتسلل مع جزيئات السيليكون المعدنية، المتسلل إلى تشكيلات الكربون أو الجرافيت التي لا تتقلص أثناء هذه العملية؛ وبالتالي يمكن إنشاء أجزاء ذات أبعاد دقيقة للغاية.

وبعد نقعها بمادة RBSC، يتم تعريضها بعد ذلك إلى نيترة عالية الحرارة في درجات حرارة عالية. ويؤدي ذلك إلى تحويل السيليكون المعدني إلى نيتريد SiC ويملأ أي فراغات مسام متبقية بمادة شبكة كربيد السيليكون. يُظهر XRD أن هذا الشكل يحتوي على الماس، وA-SiC، وB-SiC، وSiC، وSiC، وSiO2، بينما يُظهر SEM طبقات الجرافيت وكذلك الكربون غير المتبلور.

وبسبب طبقة الجرافيت الموجودة، يُظهر سيراميك RBSC قيم k أقل من SiC الملبد، ومع ذلك تفوق على قيم NSIC. علاوة على ذلك، تفوقت بشكل ملحوظ على السيراميك القائم على SiO2 من حيث مقاومة التآكل، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الصدمات الحرارية، والقدرة على امتصاص الصدمات الحرارية.

الخصائص الكهربائية

يوفر كربيد السيليكون المرتبط بالتفاعل خصائص كهربائية رائعة، مثل المقاومة النوعية المنخفضة والتوصيل الحراري العالي. هذه الخصائص تجعله خيارًا ممتازًا لعناصر التسخين الكهربائي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن خمولها الكيميائي ومقاومتها للأكسدة يجعلها مناسبة للمزدوجات الحرارية للأفران وأطراف الشعلات وقوالب المدقق والكتم في الأفران؛ كما أن مقاومتها الفائقة للصدمات الحرارية تجعلها مناسبة كأثاث في الأفران.

يمكن إنشاء كربيد السيليكون المترابط بالتفاعل من خلال عملية خلط خلائط حميمة مقسمة بدقة من السيك والكربون مع الملدنات، ثم تشكيل وحرق الملدنات قبل أن يتم تسريبها بالسيليكون السائل أو الغازي. يسمح هذا التفاعل للسيليكون بالترابط مع الكربون لإنتاج المزيد من كربيد السيليكون الذي يتفاعل بعد ذلك مع كربيد السيليكون الأصلي لتشكيل مركب يتكون من أ-سيكل السيليكون، ب-سيكل السيليكون، وسيليكون السيليكون المتبقي.

في وقت الارتشاح، يُزعم أن حبيبات a-SiC وb-SiC المتكونة أثناء التفاعل منتشرة بالتساوي في جميع أنحاء التشكيل المسامي دون تكتل، وهو ما يُعزى على الأرجح إلى عدم انسداد القنوات الشعرية بواسطة جزيئات b-SiC المتكونة حديثًا.